Un polynôme au carré

Bonjour tout le monde,

Voici une question que je me suis posée hier (je ne sais pas vraiment pourquoi), mais qui m'est tenace :

On considère un polynôme $P \in \Z[X]$, tel que $P(n)$ soit un carré parfait pour tout $n\in \Z$. A-t-on forcément $P=Q^2$ avec $Q \in \Z[X]$ ?

Je dirais oui. Et ça n'est même pas très difficile de trouver un bon candidat pour $Q$ (soit en cherchant ses coefficients à partir de ceux de $P$, soit avec un polynôme d'interpolation qui passe par les racines carrés des valeurs de $P$). Mais après, pas moyen de vérifier que l'on a bien $P=Q^2$. Alors, si quelqu'un a déjà rencontré ce problème, ou a une idée....

Réponses

  • Bonjour Guego,
    Peux-tu détailler davantage le début de la démarche pour la construction de $Q$, s'il te plaît ?
    salutations,
  • Auh, sauf erreur on a trivialement
    $$
    \forall X,\ (Q(X))^2=(Q^2)(X)
    $$
    donc par identification, ça marche, non ? Sachant que 2 polynômes de degré < n sont égaux s'ils sont égaux sur $n+1$ points distincts...
  • jean : Première méthode, on cherche $Q$ sous la forme $Q=\sum a_i X^i$. En calculant les coefficients de $Q^2$ et en identifiant avec les coefficients de $P$, il n'est pas difficile de voir que l'on peut calculer chacun des $a_i$, de proche en proche (l'examen du coefficient constant de $P$ permet d'obtenir $a_0$, puis, connaissant $a_0$, on calcule $a_1$ en examinant le coefficient en $X$, etc.)

    Deuxième méthode : $P$ est nécessairement de degré pair $2d'$. On cherche donc un polynôme $Q$ de degré $d'$. Pour cela, on a besoin de la valeur de $Q$ en $d'+1$ points. Il suffit pour cela de prendre le polynôme d'interpolation qui vérifie $Q(n) = \sqrt{P(n)}$ pour tout entier $n$ entre $0$ et $d'$ inclus.

    Ces deux méthodes donnent de bons candidats pour la racine carrée de $P$ (si $P$ a une racine carrée, ça ne peut être que le polynôme fourni par l'une ou l'autre méthode). Mais comment vérifier, après, que l'on a effectivement $P=Q^2$ ?

    jobherzt : Je ne comprends pas ce que tu veux dire, exactement.
  • pour detailler, posons $$F =Q^2$$
    Par construction, on sait que :
    $$\forall n\in \N,\ P(n)=(Q(n))^2 = (Q^2)(n) = F(n)$$
    Or, comme étant donné $n+1$ points il n'existe qu'un seul polynôme de degré $n$ qui passe exatement par ces points, alors si 2 polynômes de degré $n$ sont égaux sur au moins $n+1$ points alors ils sont confondus. Donc $$P = F$$ non :-) ?
  • Bonjour à tous,
    ça ressemble à ça ? = "Polynôme à valeurs carrées".
    \lien{http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?5,341982,342606#msg-342606}
  • Jobherzt : Tu dis : par construction, on sait que $P(n) = Q(n)^2$ pour tout $n$. Mais justement non, on ne le sait pas ! C'est ce qu'on essaie de montrer.

    bs : Ah oui, effectivement, ça y ressemble beaucoup ;)
    Merci
  • Jobherzt,

    il me semble que poser comme préalable l'existence de $Q$ resout en un clin d'oeil non pas la question, mais l'existence de la question...

    Mais ça ne fait rien, pour t'avoir lu dans d'autres messages, je sais que tu as fait une confusion bête indigne de toi. ;)
  • Salut tout le monde,

    Jobhertz : A priori $Q^2$ et $P$ ne coïncident que sur $d'+1$ points alors qu'il en faudrait $2d'+1$... Je ne vois pas comment construire un polynôme d'interpolation avec une infinité de noeuds.

    C'est à mon tour ne pas comprendre pourquoi la première méthode de Guego nécessite une réciproque ; puisque les coefficients de $Q$ vérifient par construction que $Q^2=P$ c'est fini non ?
  • alekk: déjà mentionné :)
  • j'aurais du etre plus clair, je ne suppose pas l'existence de $Q$ pour la montrer ! guego dit lui meme "ca n'est pas difficile de trouver un candidat pour $Q$", puisque on peut le construire par interpolation. et c'est de CE $Q$ que je pars pour ma demonstration !! mais c'est vrai que j'ai fait une faute de frappe, on ne sait pas que $P(n)=Q(n)^2$ pour tout $n$, on le sait pour un certain nombre de point, mais ca ne change rien pour la suite. enfin il me semble..
  • egoroff :

    En fait, si $P$ est de degré $2d'$, on détermine les coefficients de $Q$ à l'aide des coefficients de $P$ de degré 0,1,...,$d'$. Après, il faudrait encore vérifier que ces coefficients de $Q$ donnent un résultat cohérent avec les coefficients de degré $d'+1$, $d'+2$,...,$2d'$.
    On a $2d'+1$ équations à $d'+1$ inconnues, en fait.
  • OK autant pour moi, tu as raison. C'est marrant parce que dans la méthode par interpolation il me semble que tu as $2d'+1$ inconnues et $d'+1$. En tous cas le problème semble être reglé sur le fil donné par bs et rappelé par alekk.
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