Université Mohammed V
Faculté des Sciences-Rabat
Département de Mathématiques
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Module : Algèbre 1
(S1)
Filière :
Sciences de Matière Physique et Chimie (SMPC)
Chapitre 4: Polynômes et Fractions rationnelles.
Par :
M. Abdellah ALLA
Mme. Nadia BOUDI
M. Ahmed HAJJI
M. Houssame MAHZOULI.
Année universitaire 2015-2016
Université Mohammed V, Faculté des Sciences RABAT. Avenue Ibn Battouta, B. P. 1014 RP, Rabat – Maroc. Site web :
www.fsr.ac.ma, Tel : (+212) 05 37 77 18 76, Fax : (+212) 05 37 77 42 61.
Profs. : A. ALLA, N. BOUDI A. HAJJI, H. MAHZOULI
Polynômes et fractions rationnelles
Dans ce chapitre Kdésigne soit Csoit R. Les éléments de Kseront appelés les scalaires.
1 Définitions et opérations
Définition 1.1. On appelle polynôme P à une indéterminée X et à coecients dans K
toute suite (ak)kNnulle à partir d’un certain rang (c-à-d il existe n Ntel que k>n,
ak=0). On écrit P sous la forme
P:=P(X)=a0+a1X+a2X2+... +anXn=
n
X
k=0
akXk
Les scalaires a0, ..., ansont appelés les coecients de P et X est l’indéterminée. On note
K[X]l’ensemble des polynômes à une indéterminée et à coecients dans K.
Le polynôme nul 0 est le polynôme dont tous les coecients sont nuls.
On dit que deux polynôme sont égaux si et seulement si les suites consituées de leurs
coecients sont égales.
Définition 1.2 (Fonctions polynomiales).Si P =
n
X
k=0
akXkK[X], on appelle fonction poly-
nomiale associée, l’application :
˜
P:KK
x7−
n
X
k=0
akxk
Remarque 1.3.S’il n’y a pas d’ambiguïté, on identifie le polynôme avec la fonction polynomiale
associée.
Définition 1.4 (Somme de deux polynômes).La somme des polynômes P =
n
X
k=0
akXket Q =
m
X
k=0
bkXkest le polynôme :
P+Q=
n+m
X
k=0
(ak+bk)Xk
N. B : Les coecients qui ne s’achent pas dans l’écriture de P et Q jusqu’à l’ordre n +m
seront remplacés par des zéros.
Remarquons que l’addition (la loi +) est une loi de composition interne sur K[X].
2015/2016 1
Profs. : A. ALLA, N. BOUDI A. HAJJI, H. MAHZOULI
Proposition 1.5 (Propriétés de +).La loi (+) sur K[X]vérifie les propriétés suivantes :
Associativité: :P,Q,RK[X], P +(Q+R)=(P+Q)+R.
Existence d’un élément neutre: : Le polynôme nul est l’élément neutre pour la loi (+),
c’est à dire, P +0=0+P=P pour tout P K[X].
Existence d’un symétrique: P est l’élément symétrique de P, c’est à dire, P +(P)=
PP=0pour tout P K[X].
Commutativité: P,QK[X], P +Q=Q+P.
Autrement dit, (K[X],+)est un groupe commutatif.
Démonstration. C’est une conséquence des résultats analogues sur les suites. tu
Définition 1.6 (Multiplication par un scalaire).Soient λKet P =
n
X
k=0
akXkK[X]. La
multiplication de P par λest l’élément de K[X]défini par :
λ.P=
n
X
k=0
(λak)Xk.
Proposition 1.7. λ, µ Ket P,QK[X],ona:
(1) (λ+µ).P=λ.P+µ.P.
(2) λ.(P+Q)=λ.P+λ.Q.
(3) (λµ).P=λ(µ.P).
(4) 1.P=P.
(5) 0.P=0.
Remarques 1.8.(1) La multiplication des polynômes par les scalaires est une loi de com-
position externe.
(2) (K[X],+, .) est un K-espace vectoriel.
La multiplication entre polynômes est définie par analogie avec la multiplication entre fonctions
polynomiales.
Définition 1.9 (Multiplication de deux polynômes).Le produit des polynômes P =
n
X
k=0
akXket
Q=
m
X
k=0
bkXkest le polynôme :
P×Q=
n+m
X
k=0
ckXk,k ak=
k
X
i=0
aibki=X
i+j=k
aibj
S’il n’y a pas d’ambiguïté, le produit des polynômes Pet Qest aussi noté PQ.
2015/2016 2
Profs. : A. ALLA, N. BOUDI A. HAJJI, H. MAHZOULI
Proposition 1.10 (Propriétés de ×).La loi (×) sur K[X]vérifie les propriétés suivantes :
Associativité: :P,Q,RK[X], P(QR)=(PQ)R.
Existence d’un élément neutre: : Le polynôme P =1est l’élément neutre pour la loi
(×), c’est à dire P ×1=1×P=P pour tout P K[X].
Commutativité: :P,QK[X], PQ =QP.
Distributivité sur +::P,Q,RK[X], P(Q+R)=PQ +PR.
Démonstration. Exercice. tu
2 Degré d’un polynôme
Définition 2.1. Soit P =
n
X
k=0
akXkK[X]. On définit le degré de P, noté degP, par :
Si P =0, on pose degP=−∞
Si P ,0, alors degP=max{kN|ak,0}.
Remarques 2.2.Soit PK[X].
(1) Si P=
n
X
k=0
akXk, on ne peut armer que le fait que degPn. Il faut préciser an,0
pour avoir degP=n.
(2) Les polynômes de la forme akXks’appellent "monômes".
(3) Si PK[X] est de degré nN(c-à-d, an,0), on dit que anest le coecient dominant
(ou coecient de plus haut degré) de P et que anXnest le terme dominant.
(4) Lorsque le coecient dominant de Pest 1, on dit que Pest unitaire.
Proposition 2.3. Soient P,QK[X]non nuls et λK. Alors,
(1) deg(P+Q)max(degP,degQ). L’inégalité est stricte si et seulement si degP=degQ
et si les coecients dominants de P et Q sont opposés.
(2) deg(λP)=degP.
(3) deg(PQ)=degP+degQ. De plus le coecient dominant de PQ est le produit des
coecents dominants de P et Q.
Démonstration. On pose P=
n
X
k=0
akXket Q=
m
X
k=0
bkXkavec degP=net degQ=m(donc
an,0 et bm,0).
(1) Si n=m, il est clair que P+Q=
n
X
k=0
(ak+bk)Xk. Donc, deg(P+Q)navec égalité si
an+bn,0.
Si n>m,ona:
P+Q=anXn+... +am+1Xm+1+
m
X
k=0
(ak+bk)Xk
Ainsi, deg(P+Q)=n=max{n,m}. De même, si m>n,deg(P+Q)=m=max{n,m}.
(2) Le coecient dominant de λPest λan,0. Alors, deg(λP)=n.
2015/2016 3
Profs. : A. ALLA, N. BOUDI A. HAJJI, H. MAHZOULI
(3) On a :
PQ =
n+m
X
k=0
ckXk,k ak=
k
X
i=0
aibki=X
i+j=k
aibj
Alors, cn+m=anbm,0 est le coecient dominant de PQ. Ainsi, deg(PQ)=degP+degQ.tu
Corollaire 2.4. Soient P,QK[X]. Alors,
(1) Si PQ =0alors P =0ou Q =0.
(2) Si PQ =1alors P,QK.
Démonstration. (1) On raisonne par contraposée. Supposons que P,0 et Q,0. Alors
deg(PQ)=degP+degQN. Donc, PQ ,0. Absurde.
(2) On a degP+degQ=deg(PQ)=0. Donc, degP=degQ=0. tu
3 Division euclidienne
Définition 3.1. Soient P,QK[X]non nuls. On dit que Q divise P (ou que P est un multiple
de Q) s’il existe T K[X]tel que P =QT . On note alors Q |P.
Exemple 3.2. (1) Le polynôme (X1)(X2) divise (X1)2(X2)(X2+X+1).
(2) Le polynôme 0 est divisible par tous les polynômes mais il ne divise que lui même.
(3) Si Q|Pavec Pnon nul, alors degPdegQ, car on a P=T Q avec T,0, et donc
degP=degT+degQdegQ.
(4) Si λK, alors λdivise tout polynôme non nul de K[X].
Proposition 3.3. La relation de divisibilité vérifie :
(1) PK[X]non nul, P |P.
(2) P,QK[X]non nuls, P |Q et Q |P=⇒ ∃λK,P=λQ, (on dit qu’ils sont des
polynômes associés).
(3) P,Q,RK[X]non nuls, P |Q et Q |R=P|R.
Démonstration. Exercice. tu
On montre par récurrence le résultat suivant :
Théoréme 3.1 (Division euclidienne).Soient A,BK[X]avec B ,0. Alors, il existe un
unique couple (Q,R)de polynômes dans K[X], tel que
A=BQ +R et degR<degB
Q est le quotient et R est le reste de la division euclidienne de A par B.
Démonstration.Existence : Si degA<degB,Q=0 et R=Aconviennent.
On pose degA=net degB=m. Montrons l’existence de cette division par récurrence pour tout
nm. On pose d’abord A=
n
X
k=0
akXket B=
m
X
k=0
bkXk
Si n=m,Q=am
bm
et R=Aam
bm
Bconvient car deg(R)<degB.
Supposons la propriété (existence) vraie pour tout polynôme Ade degré net montrons la pour
2015/2016 4
1 / 21 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !