Ordre de multiplicité d'une racine

Ce théorème permet de donner une caractérisation, très intéressante dans la pratique, de l'ordre de multiplicité d'une racine.

RappelOrdre de multiplicité d'une racine

Définition de l'ordre de multiplicité d'une racine

Soit \(a\) une racine dans \(K\) de \(P\), où \(P\) est un polynôme non nul de \(K[X]\).

Le plus grand entier \(n\) tel que \(P\) soit divisible par \((X-a)^n\) est appelé l'ordre de multiplicité de la racine \(a\) dans \(P\).

Caractérisation

Un entier \(n\) est l'ordre de multiplicité de la racine \(a\) d'un polynôme \(P\) si et seulement si il existe un polynôme \(Q\) appartenant à \(K[X]\), vérifiant les propriétés suivantes :

\(P(X)=(X-a)^nQ(X)\) et \(\tilde{Q}(a)\neq 0\)

On va donner une caractérisation de l'ordre de multiplicité d'une racine, à l'aide des polynômes dérivés.

ThéorèmeCaractérisation de l'ordre de multiplicité d'une racine, à l'aide des polynômes dérivés

Un élément \(a\) de \(K\) est racine d'ordre \(k\) d'un polynôme \(P(X)\) appartenant à \(K[X]\)

(\(K=R\) ou \(K=C\)), si et seulement si :

\(P(a)=P'(a)=\ldots=P^{(k-1)}(a)=0\)

et \(P^{(k)}(a)\neq 0\)

La démonstration est basée sur la formule suivante déduite de la formule de Taylor pour les polynômes :

\(P(X)=P(a)+\frac11 P'(a)(X-a)+\ldots+\frac{1}{k!}P^{(k)}(a)(X-a)^k+\ldots+\frac{1}{n!}P^{(n)}(a)(X-a)^n\)

\(n\) est le degré de \(P\) (on rappelle que, si \(S\) est un polynôme non nul de degré \(r\), les polynômes dérivés de \(S\) d'ordre supérieur à \(r\) sont nuls).

Exemple

Soit \(P(X)=X^6+X^5+3X^4+2X^3+3X^2+X+1\) un élément de \(C[X]\).

On peut montrer que \(i\) est racine de \(P\) et déterminer son ordre de multiplicité.

En effet, on obtient les résultats suivants : \(P(i)=0\)

\(P'(X)=6X^5+5X^4+12X^3+6X^2+6X+1\) d'où \(P'(i)=0\)

\(P''(X)=30X^4+20X^3+34X^2+12X+6\) d'où \(P''(i)=-8i\neq 0\)

Donc \(i\) est racine d'ordre 2 du polynôme \(P\).