🇨🇩 Algèbre et analyse

Polynômes et division euclidienne

⏱ 30 minProgramme officiel : CD-H1-ALG-02

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🎯 Dans cette leçon, tu vas apprendre à

  • Opérer sur les polynômes dans R et effectuer la division euclidienne.

La leçon

Introduction

À Mbuji-Mayi, Lukusa fabrique des caisses en bois. Si le côté de la base mesure xx dm, le volume d’une caisse peut s’écrire x3+2x2x^3+2x^2 : c’est un polynôme. Savoir additionner, multiplier et diviser des polynômes permet de simplifier ces expressions et de trouver des facteurs cachés. Dans cette leçon, tu apprends à opérer sur les polynômes et à effectuer la division euclidienne.

Explication

Vocabulaire

  • Un monôme est une expression axna x^n avec a∈Ra\in\mathbb{R} et n∈Nn\in\mathbb{N}.
  • Un polynôme en xx est une somme de monômes : P(x)=anxn+⋯+a1x+a0P(x)=a_nx^n+\dots+a_1x+a_0 avec an≠0a_n\ne0.
  • Son degré est nn (le plus grand exposant) ; ana_n est le coefficient dominant et a0a_0 le terme constant.
  • On écrit un polynôme sous forme réduite et ordonnée (puissances décroissantes), en regroupant les termes semblables.
  • Deux polynômes sont égaux s’ils ont les mêmes coefficients pour chaque puissance de xx.
  • La valeur numérique de PP en aa est le nombre P(a)P(a) obtenu en remplaçant xx par aa.

Exemple : P(x)=4x−x3+5P(x)=4x-x^3+5 s’ordonne en P(x)=−x3+4x+5P(x)=-x^3+4x+5 ; son degré est 33 et P(2)=−8+8+5=5P(2)=-8+8+5=5.

Explication

Opérations

  • Somme et différence : on additionne (ou soustrait) les coefficients des termes de même degré. Pour une différence, on change le signe de chaque terme du polynôme soustrait.
  • Produit : on multiplie chaque terme du premier polynôme par chaque terme du second (distributivité), puis on réduit. Le degré d’un produit est la somme des degrés.
  • Produits remarquables : (a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2=a^2+2ab+b^2 ; (a−b)2=a2−2ab+b2(a-b)^2=a^2-2ab+b^2 ; (a+b)(a−b)=a2−b2(a+b)(a-b)=a^2-b^2.

Explication

Division euclidienne

Théorème. Soient AA et BB deux polynômes, avec BB non nul. Il existe un unique couple de polynômes (Q ; R)(Q\,;\,R) tel que
A=B×Q+RavecR=0 ou deg⁡R<deg⁡B.A=B\times Q+R\quad\text{avec}\quad R=0\ \text{ou}\ \deg R<\deg B.
QQ est le quotient et RR le reste. Si R=0R=0, on dit que BB divise AA.

Méthode (polynômes ordonnés, en écrivant 0xk0x^k pour les termes manquants) :

  1. On divise le terme de plus haut degré de AA par celui de BB : c’est le premier terme de QQ.
  2. On multiplie BB par ce terme et on soustrait le résultat de AA.
  3. On recommence avec le polynôme obtenu, jusqu’à ce que son degré soit inférieur à celui de BB.

Théorème du reste. Le reste de la division de P(x)P(x) par x−ax-a est le nombre P(a)P(a). Donc x−ax-a divise P(x)P(x) si et seulement si P(a)=0P(a)=0.

Exemple résolu

Problème : Soient A(x)=3x2−5x+2A(x)=3x^2-5x+2 et B(x)=2x−3B(x)=2x-3. Calcule A(x)−B(x)A(x)-B(x) et A(x)×B(x)A(x)\times B(x).

Étape 1 : A(x)−B(x)=3x2−5x+2−2x+3=3x2−7x+5A(x)-B(x)=3x^2-5x+2-2x+3=3x^2-7x+5 (le signe de chaque terme de BB change).

Étape 2 : A(x)×B(x)=3x2⋅2x+3x2⋅(−3)−5x⋅2x−5x⋅(−3)+2⋅2x+2⋅(−3)A(x)\times B(x)=3x^2\cdot2x+3x^2\cdot(-3)-5x\cdot2x-5x\cdot(-3)+2\cdot2x+2\cdot(-3).

Étape 3 : =6x3−9x2−10x2+15x+4x−6=6x3−19x2+19x−6=6x^3-9x^2-10x^2+15x+4x-6=6x^3-19x^2+19x-6.

Vérification : pour x=1x=1, A(1)×B(1)=0×(−1)=0A(1)\times B(1)=0\times(-1)=0 et 6−19+19−6=06-19+19-6=0.

Réponse : A−B=3x2−7x+5A-B=3x^2-7x+5 et A×B=6x3−19x2+19x−6A\times B=6x^3-19x^2+19x-6 (degré 2+1=32+1=3).

Exemple résolu

Problème : Divise A(x)=2x3−3x2+4x−5A(x)=2x^3-3x^2+4x-5 par B(x)=x−2B(x)=x-2.

Étape 1 : 2x3÷x=2x22x^3\div x=2x^2. On soustrait 2x2(x−2)=2x3−4x22x^2(x-2)=2x^3-4x^2 : il reste x2+4x−5x^2+4x-5.

Étape 2 : x2÷x=xx^2\div x=x. On soustrait x(x−2)=x2−2xx(x-2)=x^2-2x : il reste 6x−56x-5.

Étape 3 : 6x÷x=66x\div x=6. On soustrait 6(x−2)=6x−126(x-2)=6x-12 : il reste 77, de degré 0<10<1. On s’arrête.

Étape 4 : Vérification par le théorème du reste : A(2)=16−12+8−5=7A(2)=16-12+8-5=7.

Réponse : Q(x)=2x2+x+6Q(x)=2x^2+x+6 et R=7R=7, donc A(x)=(x−2)(2x2+x+6)+7A(x)=(x-2)(2x^2+x+6)+7.

Exemple résolu

Problème : Divise A(x)=x4−2x3+3x−1A(x)=x^4-2x^3+3x-1 par B(x)=x2+1B(x)=x^2+1.

Étape 1 : On complète : A(x)=x4−2x3+0x2+3x−1A(x)=x^4-2x^3+0x^2+3x-1.

Étape 2 : x4÷x2=x2x^4\div x^2=x^2. On soustrait x2(x2+1)=x4+x2x^2(x^2+1)=x^4+x^2 : il reste −2x3−x2+3x−1-2x^3-x^2+3x-1.

Étape 3 : −2x3÷x2=−2x-2x^3\div x^2=-2x. On soustrait −2x(x2+1)=−2x3−2x-2x(x^2+1)=-2x^3-2x : il reste −x2+5x−1-x^2+5x-1.

Étape 4 : −x2÷x2=−1-x^2\div x^2=-1. On soustrait −(x2+1)=−x2−1-(x^2+1)=-x^2-1 : il reste 5x5x, de degré 1<21<2.

Réponse : Q(x)=x2−2x−1Q(x)=x^2-2x-1 et R(x)=5xR(x)=5x. Vérification : (x2+1)(x2−2x−1)+5x=x4−2x3−2x−1+5x=A(x)(x^2+1)(x^2-2x-1)+5x=x^4-2x^3-2x-1+5x=A(x).

Attention

Attention : Dans une division, n’oublie pas d’écrire 0xk0x^k pour chaque puissance manquante du dividende, sinon les colonnes se décalent. À chaque soustraction, change le signe de tous les termes du produit : −(x4+x2)=−x4−x2-(x^4+x^2)=-x^4-x^2. Enfin, arrête-toi dès que le degré du reste est strictement inférieur au degré du diviseur.

À retenir

  • Un polynôme s’écrit sous forme réduite et ordonnée ; son degré est le plus grand exposant.
  • Somme : on regroupe les termes de même degré ; produit : distributivité, et deg⁡(AB)=deg⁡A+deg⁡B\deg(AB)=\deg A+\deg B.
  • Division euclidienne : A=BQ+RA=BQ+R avec R=0R=0 ou deg⁡R<deg⁡B\deg R<\deg B.
  • Théorème du reste : le reste de la division de P(x)P(x) par x−ax-a vaut P(a)P(a).
  • x−ax-a divise P(x)P(x) si et seulement si P(a)=0P(a)=0.

✍️ Exercices

Réponds à un exercice à la fois. Ta réponse est corrigée aussitôt, avec une explication.

Exercice 1 sur 8

★ Facile

Quel est le degré du polynôme P(x)=4x3−7x5+2x−1P(x)=4x^3-7x^5+2x-1 ?

Ta réponse