Une borne inférieure

bisam
Modifié (November 2021) dans Algèbre
Bonjour
J'ai donné par erreur l'exercice suivant à mes élèves... et je ne sais pas le résoudre.
Pouvez-vous m'aider ?
Pour tout polynôme $P$ de $\C[X]$, on note $\|P\|$ le maximum des modules de ses coefficients.
Soit $Q\in\C[X]$. Déterminer : \[m=\inf\left(\{\|QP\|,\ P\in\C[X] \text{ et } \|P\|=1\}\right)
\]L'erreur est que je voulais écrire $\sup$ au lieu de $\inf$... Avez-vous néanmoins des idées ?

PS. Il est possible que j'aie déjà posé la question l'an dernier, mais le module de recherche refuse de me laisser accéder à ce qui a plus de 4 semaines, pour une raison inconnue.

Réponses

  • Personne n'a été inspiré par ma question ?
    On peut sans doute commencer avec le cas des polynômes réels pour voir où chercher... mais ça ne m'a pas plus aidé.
  • Bonjour,$\newcommand{\sp}[1]{\;#1\;}$
    Je n'ai pas trouvé, mais je donne quand même le peu d'idées qui m'est venu.
    Je note $\|Q\|_1$ la somme des modules des coefs du polynôme $Q$. Déjà, est-on d'accord que la réponse à la question avec un sup au lieu d'un inf est $\|Q\|_1$ ? (je ne m'en sers pas pour la suite, mais ça m'intéresse quand même)

    Notons $(a_k)$ les coefs de $Q$, $(b_k)$ ceux de $P$ et $(c_k)$ ceux de $QP$. Je suppose $\|P\|=1$. Soient $i_0$ et $j_0$ tels que $|a_{i_0}|$ et $|b_{j_0}|$ sont maximaux, et $k_0 := i_0+j_0$. On a $$\|QP\| \sp{\overset{(1)}\geqslant} |c_{k_0} | \sp= \left|\sum_{i=0}^{k_0} a_i b_{k_0-i}\right| \sp{\overset{(2)}\geqslant} |a_{i_0}| - \sum_{\substack{0\leqslant i\leqslant k_0,\\ i\neq i_0}} |a_i| \sp{\overset{(3)}\geqslant} 2\|Q\| - \|Q\|_1$$ donc $m\geqslant \max(0,2\|Q\| - \|Q\|_1)$. A-t-on une égalité ? C'est pas gagné... Si on prend $k_0 = \deg(Q)$ (ça revient à imposer $j_0 := \deg(Q)-i_0$), on peut faire de $(3)$ une égalité. Et en choisissant bien $(b_j)_{j\neq j_0}$, on peut aussi faire de $(2)$ une égalité. Mais il reste à rendre petits simultanément tous les autres $(c_k)$ :-(.
    Si $Q$ est de la forme $\lambda X^n$, on a bien $m= \max(0,2\|Q\| - \|Q\|_1)$, mais dans le cas général je sais absolument pas si c'est le cas.
  • Je suppose que tu voulais dire que $\|Q\|_1$ est la somme des modules des coeffs... et dans ce cas, la réponse est la bonne (du moins, c'est ce que j'ai trouvé) pour la borne supérieure.

    Pour la borne inférieure, la piste est intéressante et c'est (sans difficulté) plus que ce que j'avais trouvé, puisque j'avais seulement $m\geq \|Q\|$, en prenant $P=1$. [Edit] : Lire $m\leq \|Q\|$, plutôt...
  • Oui, c'est la somme des modules des coefs. J'ai corrigé.

    En prenant $P=1$, tu as plutôt $m\leqslant \|Q\|$.
  • Oui, bon, "1 partout" (:P)
  • Pour le polynôme $Q=X+1$ on a aussi $m= \max(0,2\|Q\| - \|Q\|_1)=0$

    car avec $P_n=\dfrac1n\left(\dfrac{1-(-X)^n}{1+X}\right)^2$ on a $\|P_n\|=1$ et $\|P_nQ\|=\dfrac1n$
  • Bien joué jandri, et merci pour ce coup de pouce.
    Si, pour un polynôme aussi gentil que $X+1$, il faut être aussi ingénieux, ça n'est pas très encourageant pour le cas général. :-P
  • N'y aurait-il pas moyen de bricoler ce "coup de maître" pour régler la question des polynômes de degré 1 ?
  • J'ai bricolé un peu pour obtenir le résultat voulu quand $Q=X+a$ mais seulement pour $a\geq2$, on a alors $m= \max(0,2\|Q\| - \|Q\|_1)=a-1$.

    Je pose $P_n=\displaystyle\sum_{k=0}^{n-1}(-1)^k(1-1/a^{k+1})X^k+(-1)^nX^n$ qui vérifie bien $\|P_n\|=1$.

    On obtient $QP_n=(a-1)\displaystyle\sum_{k=0}^{n-1}(-1)^kX^k+(-1)^n(a-1+1/a^n)X^n+(-1)^nX^{n+1}$ qui vérifie $\|QP_n\|=a-1+1/a^n$ quand $a\geq2$.

    Il ne me reste plus qu'à trouver quelque chose quand $1<a<2$, pour régler le cas des polynômes de degré 1 (changer $a$ en $1/a$ revient à considérer le polynôme réciproque dont les coefficients sont les mêmes dans l'ordre inversé).
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