Famille libre sur les rationnels

Bonjour,

Voilà un exercice simple en apparence que je n’arrive pas à résoudre : soient $x\in \R,n\in \N^*$. On suppose que $x^n\in\Q$ mais que $x^k\notin \Q$ pour tout $1\leq k \leq n-1$. Le but est de montrer que la famille $1,x,...,x^{n-1}$ est libre sur $\Q$.
Mon plan : montrer que $[\Q(x):\Q]=n$, ce qui est une condition suffisante. Pour cela je considère le polynôme $P=X^n-x^n\in \Q[X]$. J’aimerais montrer que c’est le polynôme minimal de $x$ sur $\Q$. Pour cela j’ai a ma disposition entre autre la fameuse égalité $a^n-b^n = (a-b)\sum a^{n-1-k}b^k$, on encore écire $x=p/q$ puis considérer le polynôme $qP\in \Z[X]$, mais je n’arrive pas à conclure. Je pense qu’il faut essayer de joindre les deux idées pour utilisrer les deux hypothèses.
Auriez vous une indication s’il vous plaît?

Au plaisir de vous lire
B&B

PS : pourquoi pas une récurrence aussi, enfin ça ne me parait pas judicieux

Réponses

  • Autre idée : si $x^k+...+a_1x +a_0 = 0$ est une relation non triviale (qu’on peut supposer unitaire), alors le polynôme minimal $\mu_x$ de $x$ sur $\Q$ divise $S=X^{k}+a_{k-1}X^{k-1}+...+a_1x+a_0$ et $P$
  • Boole et Bill a écrit:
    ce qui est une condition suffisante

    Et nécessaire ;-) (vu que $x^n \in \mathbb Q$)

    Attention dans ton deuxième message, il y a aussi un coefficient $a_0$ dans une telle relation de dépendance linéaire.

    Visiblement l'hypothèse $x \in \mathbb R$ est importante, puisque le résultat est faux pour une racine $n$-ième de l'unité, avec $n$ impair.
  • Si c’est un argument de densité, j’arrête les maths :-D Oui tout à fait Poirot je corrigerai ça sur un PC. Quant à l’hypothèse $x\in\R$ oui elle est importante j’avais vu le truc pour la racine de l’unité
  • Si $x^k+\cdots+a_1x+a_0=0$, que peux-tu dire du produit des racines de ce polynôme ?
  • Bonjour tout le monde,
    JLT, le produit des racines est dans $\Q$, mais j’y ai réfléchi et je ne vois pas ou cela mène.

    Sinon, on a $x^n = \frac{r_1}{r_2}$, ou les $r_i$ sont premiers entre eux. Si $r_1$ n’est pas un carré, le polynôme $r_2 X^n-r_1$ est irréductible par Eisenstein et le tour est joué. Sinon on le remplace par $r_1^2$. Et la je bloque mais je le sens bien.

    EDIT : si $r_1$ est sans facteurs carrés plutôt, et ca devient moins commode à manipuler
  • Maintenant, si on suppose que $P(X)=x^k+\cdots+a_0$ est le polynôme minimal de $x$, alors il divise $X^n-x^n$, donc ses racines sont de la forme... Donc le produit de ses racines est de la forme...
  • Merci JLT, je te présente mes excuses pour cette réponse tardive
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