Spéciales MP
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01/2006
Corrigé du devoir surveillé n
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Première partie
1. Une famille de polynômes
a) P
j
est un polynôme de degré n−1 : P
j
est bien défini, car les racines de Pétant simples, on a
P
′
(x
j
)= 0.Puis, P
j
=
1
P
′
(x
j
)
Q
j
avec Q
j
=
k=j
(X−x
k
),donc P
j
est un polynôme de degré
n−1.
b) Polynôme L
F
:On a d’abord P
j
(x
k
) = 0 pour k=j. Puis, en écrivant P= (X−x
j
)Q
j
(cf.
notations du a)), on a P
′
=Q
j
+ (X−x
j
)Q
′
j
,en particulier P
′
(x
j
) = Q(x
j
),donc P
j
(x
j
) =
Q
j
(x
j
)
P
′
(x
j
)
= 1.On a donc P
j
(x
k
) = δ
j,k
pour 1j, k n. Ensuite, si on pose L
F
=
n
j=1
F(x
j
)P
j
,
on a L
F
(x
k
) =
n
j=1
F(x
j
)δ
j,k
=F(x
k
)pour tout k∈[[1, n]].
c)
n
j=1
P
j
= 1 : En effet, le polynôme
n
j=1
P
j
−1s’annule en chacun des points x
k
,1kn
et est de degré au plus n−1,donc il est nul. On peut aussi le montrer en décomposant
1
P(X)
en
éléments simples : il existe des scalaires λ
1
, . . . , λ
n
tels que :
1
P(X)=
n
j=1
λ
j
X−x
j
et le coefficient λ
j
est égal à
1
P
′
(x
j
)
(si la fraction s’écrit
A
B
,avec λracine simple de Bnon racine
de A, le coefficient devant
1
X−λ
vaut
A
B
′
(λ)), ici A= 1, B =Pet λ=x
j
).
d) Une base : Si λ
1
, . . . , λ
n
sont des complexes tels que
n
j=1
λ
j
P
j
= 0,on a
0 =
n
j=1
λ
j
P
j
(x
k
) =
n
j=1
λ
j
δ
j,k
=λ
k
donc (P
1
, . . . , P
n
)est libre. Comme c’est un système de nvecteurs de E
n−1
qui est un espace de
dimension n, c’est donc une base de E
n−1
.
◮Remarque : On montre aisément par la même méthode que :
∀P∈ E
n−1
, P =
n
j=1
P(x
j
)P
j
.
Les polynômes P
j
ne sont autres que les polynômes L
j
utilisées dans l’interpolation de La-
grange.
2. Matrices Vet B:Si 1i, j n, on a :
(V B)
i,j
=
n
k=1
V
i,k
B
k,j
=
n
k=1
(x
i
)
k−1
b
k−1,j
=
n
k=1
(x
i
)
k−1
b
k−1,j
=
n−1
p=0
b
p,j
(x
i
)
p
=P
j
(x
i
) = δ
i,j
donc V B =I
n
.A fortiori, Vest inversible et V
−1
=B.
◮Remarques : La seule relation V B =I
n
montre l’inversibilité des matrices et la relation B=
V
−1
.D’autre part, on peut aussi interpréter Bcomme la matrice de passage de (1, X, . . . , X
n−1
)à
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