Irréductibilité sur Q, sur R, sur C

Partie

Question

Étudier l'irréductibilité du polynôme \(X^2+2\) dans \(R[X]\) puis dans \(C[X]\).

Aide méthodologique

Dans le premier cas utiliser un raisonnement par l'absurde.

Solution détaillée

1ère étape : étude dans \(R[X]\).

On raisonne par l'absurde.

Supposons \(X^2+2\) non irréductible dans \(R[X]\), il existe alors deux polynômes \(P\) et \(Q\), unitaires, non constants, à coefficients réels, tels que \(X^2+2=P(X)Q(X)\),

or \(deg(X^2+2)=2\), donc \(deg(P)=deg(Q)=1\).

Ainsi il existe deux réels \(a\) et \(b\) tels que

\(P(X)=X+a,Q(X)=X+b,(X+a)(X+b)=X^2+2\)

\(X^2+(a+b)X +ab=X^2+2\)

D'où \(\left\{\begin{array}{c}a+b=0\\ab=2\end{array}\right.\) \(\Leftrightarrow\) \(\left\{\begin{array}{c}b=-a\\-a^2=2\end{array}\right.\) \(\Leftrightarrow\) \(\left\{\begin{array}{c}b=-a\\a^2=-2\end{array}\right.\)

On aboutit à une absurdité car le carré d'un réel n'est jamais négatif.

Conclusion : le polynôme \(X^2+2\) est irréductible dans \(R[X]\).

2ième étape : étude dans \(C[X]\).

On a immédiatement \(X^2+2=(X+i\sqrt{2})(X-i\sqrt{2})\) donc le polynôme \(X^2+2\) n'est pas irréductible dans \(C[X]\).

Question

Montrer qu'il n'existe pas de rationnel dont le carré est égal à 3.

Aide simple

Tout rationnel peut s'écrire comme le quotient de deux entiers premiers entre eux.

Un nombre premier qui divise un produit d'entiers divise l'un des facteurs.

Aide méthodologique

Utiliser un raisonnement par l'absurde

Solution détaillée

On raisonne par l'absurde. Supposons qu'il existe un rationnel de carré 3,

alors \(\exists(p,q)\in Z\times N^*\), les entiers \(p\) et \(q\) étant premiers entre eux et \(\left(\frac{p}{q}\right)^2=3\)

d'où \(p^2=3q^2\), le nombre 3, divisant le carré \(p^2\) et étant premier, divise le nombre \(p\).

Ainsi \(\exists s\in Z\) \(p=3s\), d'où \(9s^2=3q^2\) et \(3s^2=q^2\), on en déduit que 3 divisant \(q^2\) divise aussi \(q\). Alors 3 est un diviseur commun à \(p\) et \(q\), ce qui contredit la propriété : "les entiers \(p\) et \(q\) sont premiers entre eux".

Question

Étudier l'irréductibilité du polynôme \(x^2-3\)dans \(Q[X]\), puis dans \(R[X]\).

Aide méthodologique

Dans l'autre cas utiliser un raisonnement direct.

Solution détaillée

1ère étape : étude dans \(Q[X]\).

On raisonne par l'absurde.

Supposons \(X^2-3\) non irréductible dans \(Q[X]\), il existe alors deux polynômes P et Q, unitaires, non constants, à coefficients rationnels, tels que \(X^2-3=P(X)Q(X)\),

or \(deg(X^2-3)=2\), donc \(deg(P)=deg(Q)=1\).

Ainsi il existe deux rationnels \(a\) et \(b\) tels que

\(P(X)=X+a, Q(X)=X+b, (X+a)(X+b)=X^2-3\)

\(X^2+(a+b)X+ab=X^2-3\)

D'où \(\left\{\begin{array}{c}a+b=0\\ab=-3\end{array}\right.\) \(\Leftrightarrow\) \(\left\{\begin{array}{c}b=-a\\-a^2=-3\end{array}\right.\) \(\Leftrightarrow\) \(\left\{\begin{array}{c}b=-a\\a^2=3\end{array}\right.\).

On aboutit à une absurdité car d'après le a- il n'existe pas de rationnel de carré 3.

Conclusion : le polynôme \(X^2-3\) est irréductible dans \(Q[X]\).

2ième étape : étude dans \(R[X]\).

On a immédiatement \(X^2-3=(X+\sqrt{3})(X-\sqrt{3})\) donc le polynôme \(X^2-3\) n'est pas irréductible dans \(R[X]\).