Fractions rationnelles

\[ \newcommand \sh {\textrm{sh}} \newcommand \ch {\textrm{ch}} \renewcommand \th {\textrm{th}} \newcommand \R {\mathbb{R}} \newcommand \C {\mathbb{C}} \newcommand \K {\mathbb{K}} \newcommand \Q {\mathbb{Q}} \newcommand \N {\mathbb{N}} \newcommand \Z {\mathbb{Z}} \newcommand \M {\mathcal{M}} \renewcommand \L {\mathcal{L}} \newcommand \B {\mathcal{B}} \newcommand \Vect {\textrm{Vect}} \renewcommand \S {\mathcal{S}} \renewcommand \P {\mathcal{P}}\]

Fractions rationnelles

Un résultat important : si \(P\) est à racines simples (notons les \((x_i)\)), \(Q \land P = 1\) et \(deg(Q) < deg(P)\), alors

\[\begin{equation*} \frac{Q}{P} = \sum_{x_k} \frac{Q(x_k)}{P'(x_k)}\frac{1}{X-x_k} \end{equation*}\]

Exercise 282

Décomposer en éléments simples les fractions rationnelles suivantes.

  1. \(F_1=\frac{1}{X^n-1}\) dans \(\C[X]\)

  2. \(F_2 = \frac{n!}{(X-1)(X-2)\ldots(X-n)}\) dans \(\R[X]\).

  3. \(F_3 = \frac{1}{X^{2n}+1}\) dans \(\C[X]\) puis \(\R[X]\)

  4. \(F_4 = \frac{X+1}{X^8(X+2)}\)

  5. \(F_5 = \frac{X^2}{(X^2-1)^2}\)

Exercise 283

Calculer la dérivée \(n\)-ième de

\[\begin{equation*} F = \frac{1}{X^2+1} \end{equation*}\]

Exercise 284

Soit \(P,Q\) non nuls, premiers entre eux. Montrer que \(F=\frac{P}{Q}\) est paire si et seulement si \(P\) et \(Q\) sont pairs. Établir un résultat équivalent pour \(F\) impaire.

Exercise 285

Soit \(x_1,, \ldots, x_n\) des complexes distincts et

\[\begin{equation*} P = \prod_{i=1}^n (X-x_i) \end{equation*}\]

Calculer

\[\begin{equation*} S=\sum_{i=1}^n \frac{P''(x_i)}{P'(x_i)} \end{equation*}\]

Exercise 286

Soit \(P \in \R[X]\) unitaire de degré \(n\), et \(Q = \prod_{k=0}^n (X-k)\). Calculer \(S = \sum_{k=0}^n \frac{P(k)}{\prod_{i \neq k}(k-i)}\) et en déduire l’existence d’un \(k \in [\![0,n]\!] \) tel que \(|P(k)| \geq \frac{n!}{2^n}\).

Exercise 287 (théorème de Gauss-Lucas])

  1. Soit \(P \in \C[X]\) non constant. Montrer que les racines de \(P'\) appartiennent à l’enveloppe convexe des racines de \(P\).

  2. Soit \(P \in \C[X]\) non constant, et soit \(H\) un demi-plan de \(\C\) tels que \(0 \in P'(H)\). Montrer que \(P(H) = \C\).

  3. Retrouver le thèorème de D’Alembert-Gauss.