ENS 1995 page 3
4. Soit f∈K; on suppose que fest une somme de Liouville dans K(X). Montrer qu’il existe
c∈Kcst tel que f−cD(X) soit une somme de Liouville dans K. Pour cela, on montrera, en
partant de la d´efinition d’une somme de Liouville dans K(X), que l’on peut ´ecrire fsous la
forme :
f=D(R) + P
i∈I
ci
D(fi)
fi
+P
j∈J
dj
D(Qj)
Qj
,
avec R∈K(X), fi∈K\ {0},Qj∈K[X]\ {0},ci, dj∈Kcst,
les Qj´etant des polynˆomes distincts de K[X], de degr´e non nul, irr´eductibles e t unitaires puis
on utilisera la question I.3.
•Dans un corps diff´erentiel K, on dit que v∈Kest un logarithme de u∈K\ {0}si
D(v) = D(u)/u (penser `a la formule (log u)0=u0/u).
•Un surcorps diff´erentiel Ede Kest dit logarithmique s’il est de la forme E=K(v) o`u v∈E
est un logarithme d’une fonction u∈K\ {0}.
5. Soit E=K(v) un surcorps diff´erentiel logarithmique, v´etant suppos´e transcendant sur K.
Montrer le th´eor`eme de descente de Liouville : si f∈Kest une somme de Liouville dans
E, alors fest une somme de Liouville dans K. Pour cela, on transportera la d´erivation de E
en une d´erivation de K(X) `a l’aide de l’isomorphisme de corps K(X)↔E(c.f. la question 0.2)
et on appliquera la question pr´ec´edente.
Partie III : D´erivation sur K(X)de type exponentiel
On consid`ere dans cette partie une d´erivation Dsur le corps des fractions rationnelles K(X) telle que :
K(X) est un surcorps diff´erentiel de K,D(X)
X∈K.
La premi`ere assertion signifie donc que D(K)⊂Ket K(X)cst =Kcst (en particulier D(X)6=0).
1. Soit P∈K[X] ; montrer que D(P)∈K[X] et comparer son degr´e avec celui de P.
2. Soit P∈K[X] ; montrer que Pdivise D(P) si et seulement si Pest de la forme aXn, avec
a∈K.
3. Soit R∈K(X) une fraction rationnelle ; montrer que si D(R)∈K[X], alors soit R∈Kcst soit
Rest un polynˆome, de mˆeme degr´e que D(R) (en particulier, si D(R)∈Kalors R∈K).
4. Soit f∈K; on suppose que fest une somme de Liouville dans K(X). Montrer qu’il existe
c∈Kcst tel que f−cD(X)/X soit une somme de Liouville dans K. Pour cela, on raisonnera
comme dans la question II.4.
•Dans un corps diff´erentiel K, on dit que v∈K\ {0}est une exponentielle de u∈Ksi
D(v)/v =D(u) (penser `a la formule (eu)0=u0eu).
•Un surcorps diff´erentiel Ede Kest dit exponentiel s’il est de la forme E=K(v) o`u vE est
une exponentielle d’un ´el´ement u∈K.
5. Soit E=K(v) un surcorps diff´erentiel exponentiel, v´etant suppos´e transcendant sur K.´
Enoncer
et montrer un th´eor`eme de descente de Liouville analogue `a celui de la question II.5.
Partie IV : Norme, trace et descente dans un surcorps de dimension finie
Dans cette partie, Kd´esigne un corps (rappel : Kest commutatif et contient Q, en particulier il
est infini) ; si uest un endomorphisme d’un K-espace vectoriel Ede dimension n, on note χu(T) =
det (T IE−u)∈K[T] le polynˆome caract´eristique de u, Ωu(T)∈K[T] le polynˆome χu(T)−χu(0)
Tet
u#l’endomorphisme (−1)n−1Ωu(u).