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# ▷ Polynômes : introduction
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## 1. Définition d'un polynôme
>[!note] Définition
Un polynôme $P$ à une variable $X$ est une expression de la forme :
$P(X) = a_n X^n + a_{n-1} X^{n-1} + \dots + a_1 X + a_0 = \sum_{k=0}^{n} a_k X^k$
Les $a_i$ sont les **coefficients** appartenant à $\mathbb{K}$ (où $\mathbb{K}$ est $\mathbb{R}$ ou $\mathbb{C}$)
L'ensemble des polynômes à coefficients dans $\mathbb{K}$ est noté $\mathbb{K}[X]$.
Si tous les $a_i = 0$, $P$ est le **polynôme nul**, noté $0$.
> [!EXAMPLE] Exemples et Contre-exemples
> - **Polynôme** : $P(X) = 4X^3 - \sqrt{2}X + \frac{1}{2}$. Les coefficients peuvent être n'importe quel nombre réel ou complexe.
> - **NON Polynôme** : $f(X) = 2X^2 + \frac{1}{X}$ (car $X^{-1}$ n'est pas autorisé) ou $g(X) = \sin(X)$.
## 2. Opérations sur les polynômes
Soit $P$ et $Q$ deux polynômes de $\mathbb{K}[X]$.
On notera $P(X)=\sum_{k=0}^na_kX^k$ et $Q(X)=\sum_{k=0}^mb_kX^k.$
On suppose que $n>m$ pour simplifier le calcul.
### Somme de deux Polynômes
La somme des deux polynômes $P$ et $Q$ est donnée par :
$(P+Q)(X)=P(X)+Q(X)=\sum_{k=0}^n(a_k+b_k)X^k$
Ce qui signifie que la somme se fait coefficient par coefficient.
>[!example] Exemple
> Soient $P(X)=-X^2+2X+3$ et $Q(X)=3X^2+X+5$. La somme de $P$ et $Q$ est $(P+Q)(X)=(-1+3)X^2+(2+1)X+(3+5)=2X^2+3X+8$
### Multiplication par un scalaire
Soit $\lambda\in\mathbb{K}$. La multiplication de $P$ par $\lambda$ est donnée par :
$ (\lambda P)(X)=\lambda P(X)=\sum_{k=0}^n a_kX^k$
>[!example] Exemple
>Soient $P(X)=3X^2-7X+3$ et $\lambda=-2$. Alors $\lambda P (X)=-2 (3X^2-7X+3)=-6X^2+14X-6$.
### Produit de deux polynômes
La produit de $P$ et $Q$ est donnée par :
$(PQ)(X)=P(X)Q(X)=\sum_{k=0}^{n+m} d_kX^k$
où $d_k=\sum_{i=0}^ka_ib_{k-i}$
Pratiquement, il n'est pas nécessaire de retenir cette formule, mais il faut savoir que la produit de deux polynômes se fait par distributivité.
>[!example] Exemple
> Soient $P(X)=-X^2+2X+3$ et $Q(X)=3X^2+X+5$. Le produit de $P$ et $Q$ est $(PQ)(X)=(-X^2+2X+3)(3X^2+X+5)$ $(PQ)(X)=-3X^4-X^3-5X^2+6X^3+2X^2+10X+9X^2+3X+15$ $(PQ)(X)=-3X^4+5X^3+6X^2+13X+15 $
## 3. Degré et coefficient dominant
>[!note] Définition
>* **Le degré** ($\deg P$) : Le plus grand entier $n$ tel que $a_n \neq 0$.
>* **Coefficient dominant** : Le coefficient $a_n$ de la plus haute puissance.
>* **Polynôme unitaire** : Si $a_n = 1$.
>[!example ] Exemples :
>- Soit $P(X)=X^2+3X-1$. Le degré de $P$ est $2$ et le coefficient dominant est $1$ (polynôme unitaire).
>- Soit $Q(X)= 5X^3+X$. Le degré de $Q$ est $3$ et le coefficient dominant est $5$.
> [!note] Propriétés des degrés
> - $\deg(\lambda P)=\deg(P)$
> - $\deg(P \times Q) = \deg P + \deg Q$
> - $\deg(P + Q) \leq \max(\deg P, \deg Q)$
> [!EXAMPLE] Exemples
> Soit $P(X) = 2X^2 + 3$ et $Q(X) = -2X^2 + X$.
> - **Somme :** $\deg(P) = 2$ et $\deg(Q) = 2$ donc la somme des degrés est $4$.
> Pourtant, $P(X) + Q(X) = X + 3$. Le degré de la somme est $1$.
> C'est pourquoi on utilise une inégalité ($\leq$) pour la somme.
> - **Produit :** $(PQ)(X)=-4X^4+2X^3-6X^2+3X$ alors $\deg(P\times Q)=4=\deg(P)+\deg(Q)$.
## 4. Divisibilité et Division Euclidienne
### Divisibilité
>[!note] Définition
On dit qu'un polynôme $B$ divise $A$ s'il existe un polynôme $Q$ tel que $A=B\times Q$. On dit alors que $A$ est un multiple de $B$ et on note $B|A$.
>[!example] Exemple
>Le polynôme $B=X-1$ divise le polynôme $A=X^2-1$ car $X^2-1=(X-1)(X+1)$ c'est à dire il existe $Q=X+1$ tel que $A=B\times Q$ .
### Théorème de la Division Euclidienne
>[!theorem] Théorème
Pour deux polynômes $A$ et $B$ ($B \neq 0$), il existe un unique couple $(Q, R)$ tel que :
$A = BQ + R \quad \text{avec} \quad \deg R < \deg B$
On appelle $Q$ le quotient de la division et $R$ son reste.
![[Analyse et Données/Mathématiques/Polynômes/Ressources_Polynômes/division euclidienne.png||400]]
> [!EXAMPLE] Exemple
> Divisons $A = X^3 - 2X^2 + 3X - 5$ par $B = X - 2$.
>
>```text
>X^3 - 2X^2 + 3X - 5 | X - 2
>-(X^3 - 2X^2) | X^2 + 3 (quotient E(x))
>-------------------
> 0X^2 + 3X - 5
> -(3X - 6)
> ---------
> 1 (reste R(x))
>```
> **Résultat :** $X^3 - 2X^2 + 3X - 5 = (X - 2)(X^2 + 3) + 1$.
>[!Note] Propriétés
Si le reste de la division de $A$ par $B$ est nul alors $B$ divise $A$.
>[!example] Exemple
>Divisons $A = X^2 - 1$ par $B = X - 1$.
>```
>X² - 1 | X - 1
>-(X² - X) | X + 1 (quotient E(x))
>---------
> X - 1
> -(X - 1)
> -------
> 0 (reste R(x))
> ```
Le résultat est alors $X^2 - 1 = (X - 1)(X + 1) + 0$. Le reste est nul et $B|A$.
## 5. Racines et Multiplicité
### Racine
>[!note] Définition
$\alpha$ est une racine de $P$ si $P(\alpha) = 0$.
>[!example] Exemple
Soit $P(X)=X^2+2X-3$.
$\alpha=1$ est une racine de $P$ car $P(1)=1^2+2\times 1-3=0$
>[!Theorem] Théorème
$\alpha$ est racine de $P \iff (X - \alpha)$ divise $P$.
>[!example] Exemple
>Dans l'exemple précédent, on avait $\alpha=1$ racine de $P(X)=X^2+2X-3$. Ce qui implique d'après le théorème que $X-1$ divise $X^2+2X-3$.
>Vérifions le en démontrant que le reste de la division euclidienne de $P$ par $X-1$ est nul.
>
>```
>X² + 2X - 3 | X - 1
>-(X² - X) | X + 3 (quotient E(x))
>----------
> 3X - 3
> -(3X - 3)
> --------
> 0 (reste R(x))
>```
### Multiplicité
>[!note] Définition
On dit que $\alpha$ est une racine de multiplicité $k$ si $(X - \alpha)^k$ divise $P$ mais $(X - \alpha)^{k+1}$ ne le divise pas.
Cela veut dire qu'il existe $Q$ tel que $P(X)=(X-\alpha)^kQ(X)$ avec $Q(\alpha)\neq 0$.
>[!example] Nomenclature
>- Une racine de multiplicité 1 est dite simple.
>- Une racine de multiplicité 2 est dite double.
> [!NOTE] Caractérisation par les dérivées
> $\alpha$ est racine de multiplicité $k$ si :
> $P(\alpha) = 0$ $P'(\alpha) = 0$ $\vdots$ $P^{(k-1)}(\alpha) = 0$ et $P^{(k)}(\alpha) \neq 0$.
> [!EXAMPLE] Exemple
> Soit $P(X) = X^3 - X^2 - X + 1$.
> - $P(1) = 1 - 1 - 1 + 1 = 0$ (1 est racine).
> - $P'(X) = 3X^2 - 2X - 1 \implies P'(1) = 3 - 2 - 1 = 0$.
> - $P''(X) = 6X - 2 \implies P''(1) = 4 \neq 0$.
>
**Conclusion :** $1$ est une racine **double** (multiplicité 2). On peut écrire $P(X) = (X-1)^2(X+1)$.
## 6. Factorisation dans $\mathbb{C}$ et dans $\mathbb{R}$
### Dans $\mathbb{R}$ (Nombres Réels)
Les polynômes irréductibles sont de deux types :
1. Les polynômes de **degré 1** : $(X - a)$.
2. Les polynômes de **degré 2** avec $\Delta < 0$ : $(aX^2 + bX + c)$.
> [!EXAMPLE] Exemple
> Soit $P(X) = X^4 - 1$.
> - **Étape 1 (Identité remarquable)** : $(X^2 - 1)(X^2 + 1)$.
> - **Étape 2 (Factorisation dans $\mathbb{R}$)** :
> - le facteur $X^2-1$ peut être factorisé en $(X - 1)(X + 1)$
> - le facteur $(X^2 + 1)$ est irréductible ($\Delta=-4<0$)
>
>Donc, $P(X) = X^4 - 1=(X - 1)(X + 1)(X^2 + 1)$.
### Dans $\mathbb{C}$ (Nombres Complexes)
Tout polynôme de degré $n \geq 1$ est **scindé**, c'est-à-dire qu'il n'y a que des facteurs de degré 1.
$P(X) = a_n (X - \alpha_1)^{k_1} (X - \alpha_2)^{k_2} \dots$
> [!EXAMPLE] Exemple
> - Exemple 1 : $P(X) = X^2 + 9$.
> $\Delta=-36<0$
> Dans $\mathbb{R}$ : il est irréductible ($\Delta < 0$).
> Dans $\mathbb{C}$ : on utilise $i^2 = -1$ alors $\Delta=36i^2$. Donc, le polynôme admet deux racines complexes $\alpha_1=\frac{0-6i}{2}=-3i$ et $\alpha_2=\frac{0+6i}{2}=+3i$. Ce qui implique que $P(X) =(X-\alpha_1)(X-\alpha_2)= (X + 3i)(X - 3i)$ qui est un polynôme scindé dans $\mathbb{C}$.
> - Exemple 2 : $P(X) = X^4 - 1$.
> La factorisation de ce polynôme dans $\mathbb{R}$ a donné $P(X) = X^4 - 1=(X - 1)(X + 1)(X^2 + 1)$. Dans $\mathbb{C}$, le terme $X^2+1$ peut factorisé en $(X-i)(X+i)$ ce qui donne un polynôme scindé $P(X)=(X - 1)(X + 1)(X + 1)(X-1)=(X-1)^2(X+1)^2.$
# ➡ C'est la fin
- Cours précèdent: `cours-de-départ`
- Prochain cours: [[Analyse et Données/Mathématiques/Polynômes/Exercices - Polynômes|Exercices - Polynômes]]
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# 🗓️ Historique
- Rédigé par: [[Antonia JABBOUR]]
- Dernière MAJ: `24-juillet-2026`
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