Une étrange petite équation...

Bonsoir à tous,


j'espère que vous allez bien. J'avais une petite question à vous poser. Nous faisions tout à l'heure un exercice de révision avec ma petite sœur, ( elle est en 1er ES et sera en terminale d'ici 2 mois) portant sur les équations du second degré, lors de cette séance ma petite sœur m'a demandé comment faisait-on pour résoudre une équation de degré 5. Voici l'équation qu'elle a proposé $x^{5}-5x+4=0$ Si sa question portait sur une équation de degré 3, j'aurais contourné la difficulté en factorisant mais résoudre une équation de degré 5...Je ne sais pas du tout comment faire... Et depuis la question commence à m'intriguer aussi. Je n'ai jamais été confronté à une telle équation dans ma vie ... Comment auriez-vous procéder pour résoudre l'équation ci-dessus s'il vous plaît ? ( Par ailleurs, je ne sais pas si c'est la bonne rubrique pour ma question..)
Je vous remercie d'avance,
Belle soirée à tous !

Réponses

  • Je vois une racine "évidente" à ce polynôme. On peut commencer par là, factoriser, puis continuer voir.
    PS. Hum non finalement. Est tu sûr des degrés et des signes des coefficients ? Bon, si c'est juste un exemple inventé comme ça, aucune raison d'avoir des racines qu'on puisse, par exemple exprimer par radicaux (on est en degré cinq).
    PPS. Avec les signes changés (en catimini), on retrouve bien une racine évidente !
  • Hum wolfram donne 5 racines compliquées, je ne vois pas la racine évidente.
    Je pense qu'on est typiquement face à une équation dont on peut prouver qu'on ne peut pas la résoudre par radicaux.
  • Salut blueberry19,
    Ce qu'il faut savoir au départ, c'est qu'on dispose de formules pour trouver les racines d'un polynôme de degré 2, 3 et 4.
    A partir du degré 5, il n'est plus possible (cela a été démontré, c'est le théorème d'Abel si ça t'intéresse) d'avoir des formules "générales" (tout du moins, exprimable de manière pas très compliquée pour nous, mais le sens de "pas très compliquée" reste à préciser ... !) applicables dans tous les cas.

    Dès lors, comme le dit GaBuZoMeu, comme un changement de variable ne semble pas judicieux, il faut trouver des racines "évidentes", et essayer de factoriser de manière à obtenir un polynôme de degré 4. Ensuite, soit on fait preuve d'ingéniosité et on essaye de factoriser à nouveau, soit on peut appliquer directement les formules dans le cas du degré 4.

    Edit : je me suis laissé avoir par GaBuZoMeu ... ! D'ailleurs petite astuce pour trouver des racines évidentes : si tu cherches un entier, il doit diviser ton coefficient constant (c'est à dire 4) : donc ça te laisse 1,2 ou 4 (ainsi que -1, -2 et -4).
  • Bonsoir GabuZomeu et Cyrano,

    merci beaucoup pour votre réponse,
    Belle soirée à vous.
  • Bonsoir Quentin U,
    merci également votre réponse ! J'ignorais qu'il y avait des formules pour les équations de degré 4, je viens d'apprendre des choses aujourd'hui, merci :-)
    Et d'ailleurs, c'est vrai que vous avez raison 1 est effectivement une racine évidente :) ! Je n'y avais pas pensé .
  • Mais du coup, c'est quoi les formules pour les équations de degré 4 s'il vous plaît ?
  • De toute évidence, 1 est racine double.
  • Bonjour,

    Je suis le seul à voir que blueberry19(2) n'a pas écrit d'équation ?
  • Bonsoir Sylvain,


    oh mais oui j'ai oublié le $=0$ , je vais modifier cela toute de suite, merci Sylvain :-)
  • Après la remarque d'Archimède il reste un
    casus irreductibilis pas méchant du tout.
  • Mais du coup, c'est quoi les formules pour les équations de degré 4 s'il vous plaît ?

    explicitement ça serai un peu long à écrire mais tu dois savoir le faire si tu sais le faire pour le degré trois et jouer avec l'équation de degré deux pour trouver les deux termes d'une somme et d'un produit

    mais dans l'idée une fois que tu as re-écrit ton équation en remplaçant $az^4+bz^3+cz^2+dz+e=0$ par $(z-t)^4+p(z-t)^2+q(z-t)+r=0$

    avec $t=\frac {-b}{4a}$
    $p=\frac {c}{a}-\frac {3b^2}{8a^2}$
    $q=\frac {d}{a}+\frac {b^3}{8a^3}-\frac {bc}{2a^2}$
    $r=\frac {e}{a}+\frac {b^2c}{16a^3}-\frac {bd}{4a^2}-\frac {3b^4}{256a^4}$

    À partir de là tu as tout un jeu d'écriture (et en dehors des cas particuliers $q=0$ et $r=0$)
    tu te retrouve à écrire une équation de degré trois dont les racines (avec le jeu des sommes et produit du degré deux)
    vont entrer dans les racines que tu recherche

    je poste juste ça (mais c'est bien de savoir faire les choses soi même)
  • Bonjour cuvedepr,


    merci pour votre réponse et oui hélas ce serai bien que je sache le faire, mais je ne suis pas très douée haha !

    Bonjour GabuZoMeu,

    oui c'était un moins, désolée j'avais oublié de préciser ma modification ;-) Et pour la source, m'a sœur m'a dit que c'était une question ouverte que son professeur lui avait donné en DM au mois de janvier.

    Belle journée ensoleillée à tous !
  • moi non plus je ne suis pas doué camarade Blueberry (j'ai quitté l'école à quinze ans franchement je ne devrai rien savoir faire normalement) mais bon à force on avance…

    c'est mieux de ne pas tout dire ça te rendra service pour des trucs dans lesquels tu sera tout seul
  • Toute seule haha ;-)
  • bonjour
    x^5-5x+4 = 0 racine évidente pour x=1 donc divisible par (x-1)

    x^5-5x+4 = (x-1) (x^4 +x^3+x^2+x-4) (revoir cours division Polynômes par d'autres ...)


    (x^4 +x^3+x^2+x-4) = 0 (revoir cours résolution équations 4° degré .)

    conclusion : 4 racines ( 2 complexes ; 1 réel négatif ,et 1 entier )
    soient :

    x1 = 1
    x2 = -0.174... + i 1.546...
    x3 = -0.174... - i 1.546...
    x4 = -1.650...

    B.mohamed
  • @ BERKOUK3
    Bonjour,

    Peux-tu donner $x_4$ sous forme de radicaux ?. Je m'en sors pas pour trouver ce résultat http://www.wolframalpha.com/input/?i=x^5-5x+4+=+0

    ( Je sais que la question n'a pas un grand intérêt, mais c'est une passion de calculer les valeurs exactes comme celle des intégrales)
    merci
    Le 😄 Farceur


  • Bonjour B.Mohamed,
    Berkouk3 a écrit:
    revoir cours résolution équation 4ème degré
    Je n'ai pas vu cette notion en cours, si je l'avais vu je n'aurais pas affirmé la phrase suivante hier:
    Blueberry19 a écrit:
    J'ignorais qu'il y avait des formules pour les équations de degré 4

    De même,
    Berkouk3 a écrit:
    2 complexes
    Je ne connais pas non plus cette notion. Je suis en classe préparatoire économique ;-)

    Merci tout de même pour votre intervention et bonne soirée.
  • Bonjour,

    @gebrane,

    On a l'équation $\displaystyle x^5-5x+4=0, x \in \C.$ La racine $1$ est évidente, on a donc $\displaystyle x^5-5x+4=(x-1)(x^4+x^3+x^2+x-4).$ La racine $1$ est évidente pour l'équation $\displaystyle x^4+x^3+x^2+x-4=0$, on a donc $\displaystyle x^5-5x+4=(x-1)^2(x^3+2x^2+3x+4)=0.$ On cherche donc les trois autres racines de l'équation $\displaystyle x^3+2x^2+3x+4=0.$
    On change la variable $\displaystyle x \leadsto t$ avec $\displaystyle x=t+a$ avec $a$ un complexe. On calcule $\displaystyle x=t+a$, $\displaystyle x^2=t^2+2at+a^2$, $\displaystyle x^3=t^3+3t^2a+3ta^2+a^3$ et donc $\displaystyle x^3+2x^2+3x+4=t^3 (1) + t^2 (3a+2) + t (3a^2+4a+2)+1 (a^3+2a^2+3a+4).$ On choisit $\displaystyle a=-2/3$ pour éliminer la puissance deux dans le développement. On a donc : $\displaystyle x=t-2/3$ et $\displaystyle t^3+{5 \over 3}t+{70 \over 27}=0.$
    On change la variable $\displaystyle t \leadsto w$ avec $w=3t$ pour obtenir le système : $\displaystyle x=w/3-2/3$ et $w^3+15w+70=0.$

    On utilise la méthode classique : $\displaystyle w=u+v$ et alors $\displaystyle w^3=u^3+v^3+3 uv (u+v)$ et donc $\displaystyle u^3+v^3+70+3 (u+v)(uv+5)=0.$ Il suffit donc de trouver $\displaystyle u,v$ deux complexes tels que $\displaystyle u^3+v^3=-70, uv=-5$ que l'on transforme encore en $\displaystyle u^3+v^3=-70, u^3v^3=-125$ : on connaît donc la somme et le produit. On change les variables $\displaystyle U=u^3, V=v^3$ et alors $\displaystyle U,V$ sont solutions de l'équations du second degré : $\displaystyle z^2+70 z-125=0$ dont les solutions sont $\displaystyle -5(3 \sqrt{6}+7)<0$ et $\displaystyle 5(3\sqrt{6}-7)>0.$

    Comme le problème est symétrique en $U, V$ on peut choisir, sans perte de généralité, $\displaystyle u^3=-5(3 \sqrt{6}+7)$ et $v^3=5(3\sqrt{6}-7)$ et on trouve trois solutions pour $u$ : $\displaystyle u_1=e^{i\pi/3} 5^{1/3 }(3 \sqrt{6}+7)^{1/3}, u_2=j u_1=-5^{1/3 }(3 \sqrt{6}+7)^{1/3}, u_3=j^2 u_1=-j 5^{1/3 }(3 \sqrt{6}+7)^{1/3}$ et trois solutions pour $v$ : $\displaystyle v_1=5^{1/3} (3 \sqrt{6}+7)^{1/3}, v_2=j v_1,v_3= j^2 v_1$ avec $1+j+j^2=0.$

    Comme le produit $\displaystyle uv=-5 \in \R$ alors les couples $\displaystyle (u,v)$ solutions sont : $\displaystyle (u_1, v_2), (u_2, v_1), (u_3, v_3).$

    On trouve donc les solutions suivantes :
    $\displaystyle x_1=(u_1+v_2)/3-2/3, \\ \displaystyle x_2=(u_2+v_1)/3-2/3=[-5^{1/3 }(3 \sqrt{6}+7)^{1/3}+5^{1/3 }(3 \sqrt{6}-7)^{1/3}]/3-2/3 \sim -1.650(6), \\ \displaystyle x_3=(u_3+v_3)/3-2/3.$
  • Merci YvesM
    ( je vois mon erreur de calcul)
    Le 😄 Farceur


  • et en complexes, il n'y a pas de solutions ?
    excusez moi, mais j'interviens sans vraiment réfléchir au sujet ;)
  • @blueberry19(2) : je trouve ça étrange que ça ne soit pas vu en prépa ECE cette notion !
    Enfin, faisons un peu d'histoire.
    Si l'on a voulu créer des ensembles de nombres de plus en plus grands, c'était notamment pour trouver des solutions à nos équations.
    On se donne l'ensemble $\mathbb{N}$ (y a une construction axiomatique des entiers naturels, donc on peut partir du principe qu'il existe).
    Dès lors, s'il l'on veut résoudre l'équation \[X+1=0 ,\] on est obligé de construire l'ensemble $\mathbb{Z}$ des entiers relatifs (les entiers qui ont un signe + ou - en somme), histoire de trouver comme solution à l'équation le nombre $-1$.
    Ensuite, on construit les nombres rationnels $\mathbb{Q}$, comme quotient des entiers relatifs par les entiers naturels non nuls. Pas sûr que ça soit pour répondre à une équation précise, que l'on me corrige si je me trompe.
    Ensuite, on veut résoudre l'équation \[X^2-2=0
    \] Et la solution que tu as sûrement trouvée est $\sqrt{2}$, qui est irrationnel : du coup, on construit ce qui est l'ensemble de nombres le plus larges qu'on connaisse (il contient notamment $\pi$ ou $e$ le nombre d'Euler) jusqu'à la première, qui est l'ensemble des réels $\mathbb{R}$. C'est l'ensemble de nombres qui est le plus compliqué à construire par rapport aux autres (notamment du fait que $\mathbb{R}$ contient "beaucoup plus" d'éléments que n'en contiennent $\mathbb{Z}$ et $\mathbb{Q}$. Enfin bref !)

    Dès lors, en classe de Terminale S, la question qu'on se pose, c'est de pouvoir résoudre l'équation suivante \[X^2+1=0 \] On sait qu'il n'y a pas de solutions réelles ($X^2$ est positif et $+1$ est strictement positif donc comment peut-on obtenir quelque chose de nul ... ?)
    Dès lors, on introduit le nombre $i$, qui a pour propriété $i^2=-1$ : c'est une solution à l'équation du dessus.
    Et donc à partir de là, on introduit initialement le corps des nombres complexes $\mathbb{C}$, qui est l'ensemble des couples de réels $(x,y)$, que l'on note $z=x+iy$. La somme naturelle sur le corps des complexes est celle où l'on ajoute coordonnées par coordonnées, et le produit fonctionne comme si tu faisais une distributivité sur $(x+iy)(x'+iy')$, en considérant le fait que $i^2=-1$, donc cela te donne $xx'-yy'+i(xy'+x'y)$.
    Après, il y a énormément de choses à expliquer sur les complexes : tu peux les représenter dans un plan, et si $z=x+iy$, le point qui correspond dans le plan est le point $M(x,y)$, d'abscisse $x$ et d'ordonnée $y$ (on dit que $z$ est l'affixe du point $M$).
    Et ce qu'il faut savoir du coup, c'est qu'à partir de là, toutes les équations du second degré (donc du type $aX^2+bX+c=0$) admettent des solutions complexes lorsque $\Delta <0$ : tu connaissais jusque là le cas $\Delta \geq 0$)
    Et les solutions lorsque $\Delta <0$ sont $$
    z_1=\frac{-b-i\sqrt{-\Delta}}{2a}\quad\text{et}\quad z_2=\frac{-b+i\sqrt{-\Delta}}{2a}
    $$ Si tu veux en savoir plus sur les complexes, n'hésite pas à demander. Sinon, un livre de Terminale S peut faire le travail. Ou encore mieux, un bouquin de L1 Maths qui reprend la base sur les complexes ou un bouquin de MPSI je pense.
  • Bonjour Quentin U,


    merci beaucoup pour votre explication aussi détaillée et rigoureuse. Et oui, nous n'avons pas vu la notion de " complexe" en cours, vous trouverez le programme de Mathématiques de la filière économique sur la page de ce site ( en bas) :http://al.zoric.maths.free.fr/cours.php . ;-)

    Édit: En voici un autre, c'est mon site préféré et il n'y a pas de mot de passe donc vous pouvez voir le programme ;-)
    http://www.mathsbessieres.fr.sitew.com/Documents.E.htm#Documents.E

    Belle journée ensoleillée à vous,
    Cordialement,
  • Le théorème de d'Alembert-Gauss affirme que toute équation polynomiale de degré $n$ (à coefficients complexes) a exactement $n$ solutions dans l'ensemble des nombres complexes en comptant les multiplicités.

    Il a suffit qu'on "décrète" que l'équation $x^2+1=0$ a deux solutions $i$ et $-i$ pour qu'on puisse connaitre les solutions de toutes les équations polynomiales à coefficients complexes.

    C'est un autre problème de savoir donner une expression "simple" des racines d'une telle équation.
  • @blueberry19(2) : ne me vouvoie pas voyons ! je viens juste de finir mes études :-D
    Et merci beaucoup pour le lien : effectivement, on voit que tout est étudié dans le cadre des réels (par exemple, on considère les espaces vectoriels sur un corps, et apparemment le seul corps considéré est le corps réel).
    Ce qui est paradoxal néanmoins avec les complexes, c'est que certains problèmes sont souvent plus simples dans le cadre complexe que dans le cas réel (j'ai un ami qui travaille sur des problèmes de structures des grassmaniennes $(n,k)$ c'est à dire l'ensemble des espaces vectoriels de dimension $k$ dans un espace vectoriel de dimension $n$, et il s'avère selon lui qu'il existe pas mal de problèmes insolubles dans le cas des grassmaniennes réelles et les problèmes analogues pour les grassmaniennes complexes sont déjà résolues). Comme quoi, un couple de réels est plus pratique qu'un réel tout seul !

    Bonne journée ensoleillée également !

    @Fin de partie : merci de rappeler le théorème d'Alembert-Gauss, effectivement c'est un résultat majeur sur le corps des complexes, dommage que j'ai omis de le mentionner
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.