EXERCICE 21
On souhaite d´eterminer les couples (P,Q)∈R[X]2tels que
P2+ (1−X2)Q2=1.
1 ) D´eterminer les couples tels que Psoit constant.
2 ) Supposons `a pr´esent que deg(P) = n>0. Montrer que n´ecessairement P′=±nQ avec n∈N∗puis que
l’on peut se contenter de la relation P′=nQ.
3 ) Montrer alors que Pest solution d’une ´equation diff´erentielle scalaire du second ordre `a coefficients non
constants et la r´esoudre.
♣INDICATION – On pourra effectuer le changement de variable t=cos
θ
o`u td´esigne la variable de
l’´equation diff´erentielle.
4 ) Montrer alors que (P,Q) = ±Tn,±1
nT′
no`u Tnd´esigne le n-i`eme polynˆome de TCHEBYCHEV
Tn=cos(narccos(
θ
)).
Justifier que Tnest un polynˆome.
EXERCICE 22 (PROBL `
EME)
On d´efinit pour tout entier n∈Nles polynˆomes
Un=1
n!Xn(X−1)n,P
n=U(n)
n.
1 ) a. Expliciter P
0,P
1,P
2,P
3.
b. Pour tout entier n∈N, montrer que P
n(1−X) = (−1)nP
n(X). Qu’en d´eduit-on sur la courbe repr´esentative
de P
n?
c. Montrer que P
n∈Z[X]et est de degr´e n. On d´eveloppera le polynˆome Unavant de le d´eriver.
Pr´eciser ensuite le coefficient dominant et le coefficient constant de P
nainsi que P
n(1).
d. En appliquant la formule de LEIBNIZ, montrer que
P
n=
n
∑
k=0n
k2
Xn−k(X−1)k.
Retrouver ainsi la valeur du coefficient constant de P
net P
n(1). Justifier ´egalement que :
n
∑
k=0n
k2
=2n
n.
2 ) Propri´
et´
es int´
egrales
a. Soient n∈Net f:[0,1]→Rune application Cn.
En int´egrant par parties nfois, montrer que : Z1
0
Un(t)f(n)(t)dt= (−1)nZ1
0
P
n(t)f(t)dt.
En d´eduire que pour tout Q∈R[X], deg Q<deg P⇒Z1
0
P
n(t)Q(t)dt=0.
b. Par des int´egrations par parties, calculer Z1
0
tn(1−t)mdto`u m,nsont deux entiers.
En d´eduire que pour tout n∈N,Z1
0
Un(t)dt=(−1)nn!
(2n+1)!.
c. Montrer que
Z1
0
P
n(t)P
m(t)dt=0,si m6=n,
on dit que (P
n)n∈Nest une famille orthogonale dans L2([0,1]). Montrer que
Z1
0
P2
n(t)dt=1
2n+1.
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