Divisibilité

Partie

Question

Soit les polynômes :

\(A_n(X)=\sin \phi X^n-\sin n\phi X+\sin(n-1)\phi\), \(n\in N^*\), \(\phi \in R\)

\(B(X)=X^2-2\cos\phi X+1\)

Montrer que les polynômes \(A_n\) sont divisibles par le polynôme B dans \(R[X]\).

Aide simple

\(\sin(a+b)=\sin a\cos b+\sin b\cos a\)

\(\sin(a-b)=\sin a\cos b-\in b\cos a\)

d'où \(\sin(n-1)\phi+\sin(n+1)\phi =2\sin n\phi\cos \phi\)

Aide méthodologique

Utiliser un raisonnement par récurrence.

Aide à la lecture

Noter que les coefficients sont des nombres réels.

Solution détaillée

On utilise un raisonnement par récurrence.

Cas \(n=1\)

\(A_n(X)=\sin\phi X-\sin \phi X+\sin 0=0\), le polynôme nul est divisible par tout polynôme donc en particulier par \(B\).

Supposons \(A_n\) divisible par \(B\), montrons alors que \(A_{n+1} \)est aussi divisible par \(B\).

Donc \(\exists Q_n\in [X]\), \(\sin\phi X^n-\sin n\phi X+\sin(n-1)\phi=B(X)Q_n(X)\) (1).

Transformons \(A_{n+1}(X)=\sin\phi X^{n+1}-\sin(n+1)\phi X+\sin n\phi\) en tenant compte de l'égalité (1)

\(A_{n+1}(X)=(\sin n\phi X-\sin(n-1)\phi +B(X)Q_n(X))X-\sin(n+1)\phi X+\sin n\phi\),

On en déduit

\(A_{n+1}(X)=\sin n\phi X^2-(\sin(n-1)\phi+\sin(n+1)\phi)X+\sin n\phi+XB(X)Q_n(X)\)

Or

\(\begin{array}{ccc}\sin(n-1)\phi+\sin(n+1)\phi&=&\sin n\phi\cos \phi-\sin\phi\cos n\phi+\sin n\phi\cos\phi+\sin\phi\cos n\phi\\&=&2\sin n\phi\cos\phi\end{array}\)

D'où \(A_{n+1}(X)=\in n\phi(X^2-2\cos\phi X+1)+XB(X)Q_n(X)=B(X)(\sin n\phi+XQ_n(X))\).

Cette dernière égalité exprime la divisibilité de \(a_{n+1}\) par \(B\).

Le raisonnement par récurrence est ainsi terminé.