FMMA143 - Compl´
ements dalg `
ebre 2010-2011
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Polyn ˆ
omes et fractions rationnelles
Polyn ˆ
omes `
a une ind´
etermin´
ee
Terminologie :
Algèbre [X] désigne un corps. Degré d’un polynôme, terme et coecient dominants, polynôme unitaire.
Divisibilité dans [X]. Division euclidienne. Polynômes irréductibles. PGCD, PPCM. Fonctions polynômes
(racines ou zéros d’un polynôme, ordre de multiplicité). Polynômes scindés. Dérivation des polynômes.
Propriétés de base à connaître :
1. L’anneau [X] est intègre.
2. Les idéaux de [X] sont principaux.
3. Algorithme d’Euclide.
4. Théorème de Bézout pour les polynômes.
5. Correspondance entre polynômes et fonctions polynômes.
6. Relations entre les coecients et les racines d’un polynôme scindé.
7. Formule de Taylor.
8. Décomposition en facteurs irréductibles.
9. Théorème de D’Alembert.
10. Polynômes irréductibles de [X] et de [X].
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Exercice 1.
Quel est le reste de la division euclidienne de X50 par X23X+2 ? Et par X22X+1 ?
Exercice 2.
Calculer PQet déterminer un couple (U,V)[X]2tels que UP +VQ =PQdans les cas suivants :
a.P=X4+X32X+1 et Q=X2+X+1.
b.P=X410X2+1 et Q=X44X3+6X24X+1.
Exercice 3.
Soient A,B[X]. Posons p=deg Aet q=deg B. On considère l’application :
φ:(q1[X]×p1[X]p+q1[X]
(U,V)7→ UA +VB .
Montrer que φest bien définie, puis qu’elle est bijective si et seulement si AB=1.
Exercice 4.
Montrer que deux polynômes à coecients rationnels sont premiers entre eux si et seulement s’ils n’ont pas de
racine en commun dans .
Exercice 5.
Soient P[X] un polynôme non nul et aune racine de P.
On rappelle que la multiplicité de aest l’entier Maxl | (Xa)ldivise P(X).
a. Vérifier que l’ordre de aest bien défini et est supérieur ou égal à 1.
b. Montrer que : aest d’ordre m Q[X] tel que P(X)=(Xa)mQ(X) avec Q(a),0.
c. On suppose que est de caractéristique nulle. Montrer que :
aest d’ordre mP(a)=P(a)=P′′(a)=···=P(m1)(a)=0 et P(m)(a),0.
Donner un contre-exemple à cette équivalence lorsque n’est pas de caractéristique nulle (penser au petit
théorème de Fermat).
Exercice 6.
Montrer qu’un polynôme à coecient dans un corps infini est entièrement déterminé par sa fonction polynômiale
associée. Donner un contre exemple lorsque le corps est fini.
Exercice 7.
Soit n. Montrer que le polynôme 1 +X+Xnde [X] n’a que des racines simples.
Exercice 8.
Quels sont les polynômes P[X] tels que Pdivise P?
Exercice 9.
Quel est l’ensemble des polynômes P[X] tels que XP(X1) =(X2)P(X) ?
Indication : montrer que si un tel polynôme Pest non nul, alors 0 et 1 sont ses seules racines.
Exercice 10.
a. Comparer les polynômes (X1)(X2)···(Xp1) et Xp11 dans /p[X] lorsque pest un nombre
premier.
b. En déduire le théorème de Wilson : un entier p2 est premier si et seulement s’il divise (p1)! +1.
Exercice 11.
Factoriser X8+X4+1 sur .
Exercice 12.
Soit E={P[X]| ∃ Q,R[X] tels que P=Q2+R2}.
a. Montrer que Eest stable par multiplication.
b. Montrer que E={P[X]| ∀ x,P(x)0}.
Exercice 13.
On rappelle que, pour 1 kn, le k-ième polynôme symétrique élémentaire de [X1,··· ,Xn] est, par définition,
σk(X1,··· ,Xn)=X
1i1<i2<···<ikn
Xi1Xi2···Xik.
a. Soient α1,...,αn. Montrer que :
(Xα1)···(Xαn)=Xn+
n1
X
k=0
(1)nkσnk(α1,··· , αn)Xk.
b. Soit P(X)=anXn+an1Xn1+···+a1X+a0un polynôme scindé de [X] de degré n1.
Montrer que α1,...,αnest un système de racines de P(répétées avec leur multiplicité) si et seulement si
ak=(1)nkanσ
nk(α1,··· , αn) pour tout 0 kn1.
Exercice 14.
Soient a,b,cles racines de X3X+1. Calculer a7+b7+c7.
Exercice 15.
Résoudre dans le système :
a+b+c=2
a2+b2+c2=6
1
a+1
b+1
c=1
2
.
Fractions rationnelles `
a une ind´
etermin´
ee
Terminologie :
Corps K(X). Forme irréductible d’une fraction rationnelle non nulle. Fonctions rationnelles (pôles, zéros, ordre
d’un pôle ou d’un zéro). Exemples simples de problèmes d’élimination.
Propriétés de base à connaître :
Décomposition en éléments simples, cas du corps et du corps .
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Exercice 16.
Décomposer en éléments simples dans (X) les fractions rationnelles suivantes:
(X2X+1)2
X2(X1)2X6
(X2+1)2(X+1)2,X
X4+X2+1,X4+1
X2(X2+X+1)2,X2n
(X2+1)nn.
Exercice 17.
Décomposer 1
(X2+2X+1)(X31) en éléments simples sur puis sur .
Exercice 18.
A l’aide de décompositions en éléments simples, calculer :
X
n=1
1
n(n+1) ,
X
n=1
1
n(n+1)(n+2) ,
X
n=1
n
n4+n2+1.
Exercice 19.
Soit P[X] de racines a1,a2,...,anavec les multiplicités m1,m2,...,mn.
a. Décomposer en éléments simples P
P.
b. En déduire que les racines de Psont dans l’enveloppe convexe de a1,...,an.
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