Eq. du 4e degré, méthode de Ferrari
Problème.
Soit $P=x^4-ax^3+2x^2-bx+1$.
Montrer que si $P$ a des racines réelles, alors $a^2+b^2\geq 8$
La méthode de résolution de Ferrari consiste à faire de $(x^2+px+q)^2 - P$
le carré d'un polynôme $Q$ de degré 1 . En cas de succès $(x^2+px+q)^2 - P=Q^2$ donne
$P= (x^2+px+q)^2-Q^2=((x^2+px+q)+Q)((x^2+px+q)-Q)$,
un produit de deux polynômes de degré 2.
Avec le $P$ du problème, on obtient
$(x^2+px+q)^2 - P = (a+2p)x^3 + (p^2+2q-2)x^2 + (b+2pq)x + (q^2-1)$
Le résultat est de degré 2 si $p=-a/2$ et
$(x^2-(a/2)x+q)^2 - P = (a^2/4+2q)x^2 + (b-aq)x + (q^2-1)$
Si le discriminant de ce dernier polynôme est nul, on pourra l'écrire
sous forme de carré, complexe si nécessaire.
$\Delta = -8q^3+8q^2+(8-2ab)q+(a^2+b^2-8)$
Vu le problème, le terme constant de ce polynôme discriminant en $q$ me fascine.
La suite est pour vous.
Soit $P=x^4-ax^3+2x^2-bx+1$.
Montrer que si $P$ a des racines réelles, alors $a^2+b^2\geq 8$
La méthode de résolution de Ferrari consiste à faire de $(x^2+px+q)^2 - P$
le carré d'un polynôme $Q$ de degré 1 . En cas de succès $(x^2+px+q)^2 - P=Q^2$ donne
$P= (x^2+px+q)^2-Q^2=((x^2+px+q)+Q)((x^2+px+q)-Q)$,
un produit de deux polynômes de degré 2.
Avec le $P$ du problème, on obtient
$(x^2+px+q)^2 - P = (a+2p)x^3 + (p^2+2q-2)x^2 + (b+2pq)x + (q^2-1)$
Le résultat est de degré 2 si $p=-a/2$ et
$(x^2-(a/2)x+q)^2 - P = (a^2/4+2q)x^2 + (b-aq)x + (q^2-1)$
Si le discriminant de ce dernier polynôme est nul, on pourra l'écrire
sous forme de carré, complexe si nécessaire.
$\Delta = -8q^3+8q^2+(8-2ab)q+(a^2+b^2-8)$
Vu le problème, le terme constant de ce polynôme discriminant en $q$ me fascine.
La suite est pour vous.
Réponses
-
https://math.stackexchange.com/questions/1151480/prove-that-a2-b2-geq-8-if-x4-ax3-2x2-bx-1-0-has-at-least
https://math.stackexchange.com/questions/2327987/x4-ax3-2x2-bx-1-has-real-root-implies-a2b2-ge-8?noredirect=1&lq=1
Il me semble avoir vu passer ça dans une compétition, mais je ne me souviens plus de la référence exacte. -
On a : $x^{4}-ax^{3}+2x^{2}-bx+1=(x^{2}-\frac{a}{2}x)^{2}+(1-\frac{b}{2}x)^{2}-\frac{1}{4}(a^{2}+b^{2}-8)x^{2}$.
Je ne l'ai pas trouvé dans ma tête, mais dans : Titu Andrescu & R$\mathtt{\breve{a}}$zvan Gelca, Mathematical Olympiads Challenges, Birkhäuser 2009, et lui, je l'ai trouvé ici : http://bdmath.com/books/
Bonne journée.
Fr. Ch. -
bonjour
A l'aide des fonctions symétriques élémentaires, j'obtiens plutôt $a^2+b^2\geq 16$
soit $s=\sum{x_i}$ , $q=\sum{x_ix_j}$ , $r=\sum{x_ix_jx_k}$ , $p=x_1x_2x_3x_4$
$x_1, x_2, x_3,x_4$ sont les racines réelles du polynôme
donc $a^2+b^2=s^2+r^2=(x_1+x_2+x_3+x_4)^2+(\frac{1}{x_1}+\frac{1}{x_2}+\frac{1}{x_3}+\frac{1}{x_4})^2$ -
Oui mais c'est lorsqu'il y a quatre racines réelles qu'on a alors $a^2+b^2\geq 16$.
Dans l'énoncé du problème il n'est pas dit que toutes les racines sont réelles.
Par exemple pour $a=b=2$ le polynôme se factorise en $(x-1)^2(x^2+1)$ et a deux racines non réelles.
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