درس Les polynômes — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «Les polynômes» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Polynôme de degré n - Égalité de deux polynômes - Opérations - Racine d’un polynôme - Factorisation par x−x₀. Cours Les polynômes — Tronc commun scientifique (BIOF).

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Polynôme de degré n

Définition

On appelle polynôme de degré $n$ toute expression de la forme :

$P(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots+a_1x+a_0$ avec $a_n\neq0$

  • $a_0$, $a_1$, $\ldots$, $a_n$ sont les coefficients de $P$ ;
  • $a_px^p$ est le monôme de degré $p$ ; on note $n=\deg(P)$.

Exemple

  • $P(x)=7x^6-5x^4+3x-11$ est un polynôme de degré $6$.
  • $ax+b$ ($a\neq0$) est un polynôme de degré $1$ ; une constante $k\neq0$ est de degré $0$.
  • $Q(x)=x^3+x+\dfrac{1}{x}$ n’est pas un polynôme.

Égalité de deux polynômes

Propriété

Deux polynômes $P$ et $Q$ sont égaux si et seulement s’ils ont le même degré et les mêmes coefficients pour les termes de même degré.

Cas particulier : $P=0$ (polynôme nul) signifie que tous ses coefficients sont nuls.

Exemple

$Q(x)=\left(x^2+\sqrt{2}x+1\right)\left(x^2-\sqrt{2}x+1\right)=\left(x^2+1\right)^2-\left(\sqrt{2}x\right)^2=x^4+2x^2+1-2x^2$

$Q(x)=x^4+1=P(x)$ : $P$ et $Q$ sont égaux

$P(x)=2x^2-3x+4$ et $R(x)=ax^2+bx+c$ sont égaux pour $a=2$, $b=-3$, $c=4$.

Opérations sur les polynômes

Propriété

  • La somme et la différence de deux polynômes sont des polynômes : $\deg(P\pm Q)\leq\max\left(\deg P;\deg Q\right)$.
  • Le produit est un polynôme : $\deg(P\times Q)=\deg P+\deg Q$.
  • Le quotient $\dfrac{P(x)}{Q(x)}$ n’existe que si $Q(x)\neq0$ ; on l’appelle une fraction rationnelle.

Exemple

$P(x)=x^2+1$ et $Q(x)=2x-3$ : $(P\times Q)(x)=2x^3-3x^2+2x-3$ est de degré $2+1=3$.

Racine d’un polynôme

Définition

On appelle racine d’un polynôme $P$ toute solution $x_0$ de l’équation $P(x)=0$.

Exemple

  • Les racines de $P(x)=(x-1)(x+3)(x-2)$ sont $-3$, $1$ et $2$.
  • $ax+b$ ($a\neq0$) a une seule racine : $x_0=-\dfrac{b}{a}$.
  • $x^2+1$ n’a aucune racine réelle (il est strictement positif).

Remarque

  • Un polynôme sans racine réelle est de signe constant.
  • Un polynôme de degré $n$ possède au plus $n$ racines réelles.

Factorisation

Théorème

Si $x_0$ est une racine du polynôme $P$ de degré $n$, alors $P$ est divisible par $x-x_0$ :

$P(x)=(x-x_0)Q(x)$ où $Q$ est un polynôme de degré $n-1$

Remarque Racine évidente

On essaie $x=1$, $x=-1$, $x=0$, $x=2$, $\ldots$ ; si $P$ s’annule, on a trouvé une racine évidente.

Méthode Méthode 1 : identification des coefficients

$f(x)=3x^4-x^3+x^2+11x+6$ : $f(-1)=3+1+1-11+6=0$, donc $f(x)=(x+1)\left(ax^3+bx^2+cx+d\right)$.

$(x+1)\left(ax^3+bx^2+cx+d\right)=ax^4+(a+b)x^3+(b+c)x^2+(c+d)x+d$

Par identification : $a=3$, $a+b=-1$, $b+c=1$, $c+d=11$, $d=6$, d’où $b=-4$ et $c=5$.

$f(x)=(x+1)\left(3x^3-4x^2+5x+6\right)$

Méthode Méthode 2 : division euclidienne

$f(x)=x^4-7x^3+17x^2-17x+6$ : $f(1)=0$. On divise $f(x)$ par $x-1$ comme pour les nombres :

| Étape | On soustrait | Reste |

| $x^3$ | $x^4-x^3$ | $-6x^3+17x^2-17x+6$ |

| $-6x^2$ | $-6x^3+6x^2$ | $11x^2-17x+6$ |

| $11x$ | $11x^2-11x$ | $-6x+6$ |

| $-6$ | $-6x+6$ | $0$ |

$f(x)=(x-1)\left(x^3-6x^2+11x-6\right)$

Exemple Factoriser $P(x)=x^3-7x+6$

$P(1)=0$ et $P(2)=8-14+6=0$ : $1$ et $2$ sont racines, donc $P(x)=(x-1)(x-2)(ax+b)$.

$(x-1)(x-2)(ax+b)=\left(x^2-3x+2\right)(ax+b)=ax^3+(b-3a)x^2+(2a-3b)x+2b$

Identification : $a=1$, $b-3a=0$, $2b=6$ : $a=1$ et $b=3$.

$P(x)=(x-1)(x-2)(x+3)$

À retenir

  • Égalité de polynômes $\iff$ mêmes coefficients ; $\deg(PQ)=\deg P+\deg Q$.
  • $P(x_0)=0\iff P(x)=(x-x_0)Q(x)$ avec $\deg Q=\deg P-1$.
  • Chercher une racine évidente, puis identifier les coefficients ou effectuer la division euclidienne.

النسخة العربية

حدودية من الدرجة n

تعريف

نسمي حدودية من الدرجة $n$ كل تعبير على الشكل :

$P(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots+a_1x+a_0$ مع $a_n\neq0$

  • $a_0$ و $a_1$ و $\ldots$ و $a_n$ هي معاملات $P$ ؛
  • $a_px^p$ هي الحدانية من الدرجة $p$ ؛ ونكتب $n=\deg(P)$.

مثال

  • $P(x)=7x^6-5x^4+3x-11$ حدودية من الدرجة $6$.
  • $ax+b$ ($a\neq0$) حدودية من الدرجة $1$ ؛ والثابتة $k\neq0$ من الدرجة $0$.
  • $Q(x)=x^3+x+\dfrac{1}{x}$ ليست حدودية.

تساوي حدوديتين

خاصية

تكون حدوديتان $P$ و $Q$ متساويتين إذا وفقط إذا كانت لهما نفس الدرجة ونفس المعاملات للحدود من نفس الدرجة.

حالة خاصة : $P=0$ (الحدودية المنعدمة) تعني أن جميع معاملاتها منعدمة.

مثال

$Q(x)=\left(x^2+\sqrt{2}x+1\right)\left(x^2-\sqrt{2}x+1\right)=\left(x^2+1\right)^2-\left(\sqrt{2}x\right)^2=x^4+2x^2+1-2x^2$

$Q(x)=x^4+1=P(x)$ : $P$ و $Q$ متساويتان

$P(x)=2x^2-3x+4$ و $R(x)=ax^2+bx+c$ متساويتان من أجل $a=2$ و $b=-3$ و $c=4$.

العمليات على الحدوديات

خاصية

  • مجموع وفرق حدوديتين حدوديتان : $\deg(P\pm Q)\leq\max\left(\deg P;\deg Q\right)$.
  • الجداء حدودية : $\deg(P\times Q)=\deg P+\deg Q$.
  • الخارج $\dfrac{P(x)}{Q(x)}$ لا يوجد إلا إذا كان $Q(x)\neq0$ ؛ ويسمى دالة جذرية.

مثال

$P(x)=x^2+1$ و $Q(x)=2x-3$ : $(P\times Q)(x)=2x^3-3x^2+2x-3$ من الدرجة $2+1=3$.

جذر حدودية

تعريف

نسمي جذراً للحدودية $P$ كل حل $x_0$ للمعادلة $P(x)=0$.

مثال

  • جذور $P(x)=(x-1)(x+3)(x-2)$ هي $-3$ و $1$ و $2$.
  • $ax+b$ ($a\neq0$) له جذر وحيد : $x_0=-\dfrac{b}{a}$.
  • $x^2+1$ ليس له أي جذر حقيقي (موجب قطعاً).

ملاحظة

  • الحدودية التي ليس لها جذر حقيقي إشارتها ثابتة.
  • الحدودية من الدرجة $n$ لها $n$ جذراً حقيقياً على الأكثر.

التعميل

مبرهنة

إذا كان $x_0$ جذراً للحدودية $P$ من الدرجة $n$ فإن $P$ تقبل القسمة على $x-x_0$ :

$P(x)=(x-x_0)Q(x)$ حيث $Q$ حدودية من الدرجة $n-1$

ملاحظة جذر بديهي

نجرب $x=1$ و $x=-1$ و $x=0$ و $x=2$ و $\ldots$ ؛ إذا انعدمت $P$ نكون قد وجدنا جذراً بديهياً.

طريقة الطريقة 1 : مطابقة المعاملات

$f(x)=3x^4-x^3+x^2+11x+6$ : $f(-1)=3+1+1-11+6=0$، إذن $f(x)=(x+1)\left(ax^3+bx^2+cx+d\right)$.

$(x+1)\left(ax^3+bx^2+cx+d\right)=ax^4+(a+b)x^3+(b+c)x^2+(c+d)x+d$

بالمطابقة : $a=3$ و $a+b=-1$ و $b+c=1$ و $c+d=11$ و $d=6$، ومنه $b=-4$ و $c=5$.

$f(x)=(x+1)\left(3x^3-4x^2+5x+6\right)$

طريقة الطريقة 2 : القسمة الأقليدية

$f(x)=x^4-7x^3+17x^2-17x+6$ : $f(1)=0$. نقسم $f(x)$ على $x-1$ كما في الأعداد :

| المرحلة | نطرح | الباقي |

| $x^3$ | $x^4-x^3$ | $-6x^3+17x^2-17x+6$ |

| $-6x^2$ | $-6x^3+6x^2$ | $11x^2-17x+6$ |

| $11x$ | $11x^2-11x$ | $-6x+6$ |

| $-6$ | $-6x+6$ | $0$ |

$f(x)=(x-1)\left(x^3-6x^2+11x-6\right)$

مثال تعميل $P(x)=x^3-7x+6$

$P(1)=0$ و $P(2)=8-14+6=0$ : $1$ و $2$ جذران، إذن $P(x)=(x-1)(x-2)(ax+b)$.

$(x-1)(x-2)(ax+b)=\left(x^2-3x+2\right)(ax+b)=ax^3+(b-3a)x^2+(2a-3b)x+2b$

المطابقة : $a=1$ و $b-3a=0$ و $2b=6$ : $a=1$ و $b=3$.

$P(x)=(x-1)(x-2)(x+3)$

للحفظ

  • تساوي حدوديتين $\iff$ نفس المعاملات ؛ $\deg(PQ)=\deg P+\deg Q$.
  • $P(x_0)=0\iff P(x)=(x-x_0)Q(x)$ مع $\deg Q=\deg P-1$.
  • نبحث عن جذر بديهي، ثم نطابق المعاملات أو ننجز القسمة الأقليدية.

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