Racines d’un polynôme et Viète en maths sup (MPSI) : exercices corrigés
Ces vingt et un énoncés couvrent tout le chapitre sur les racines des polynômes : division euclidienne, calcul de restes, multiplicité par les dérivées, formule de Taylor, interpolation de Lagrange et factorisation en irréductibles. Une large place revient aux exercices Viète MPSI, car les relations entre coefficients et racines tombent très souvent en colle.
La fiche progresse en trois paliers. D’abord, les exercices pour démarrer vérifient les calculs de base. Ensuite, ceux pour s’entraîner combinent deux méthodes. Enfin, trois problèmes enchaînent les questions comme à l’écrit. Cherchez chaque énoncé au brouillon pendant un vrai moment avant d’ouvrir le corrigé détaillé, publié dans un article séparé. Notez aussi les méthodes qui vous ont manqué : elles reviendront en colle.
Pour démarrer
Exercice 1 – Degré et division euclidienne
- Déterminer le degré et le coefficient dominant de \((X^2+1)^3-(X^3-X)^2\).
- Ensuite, effectuer la division euclidienne de \(A=2X^4+X^3-3X+5\) par \(B=X^2-X+2\).
- Enfin, vérifier le résultat en développant \(BQ+R\).
Exercice 2 – Multiplicité d’une racine par les dérivées
On considère \(P=X^4-5X^3+9X^2-7X+2\).
- Vérifier que 1 est racine de \(P\).
- Ensuite, déterminer la multiplicité de 1 à l’aide des dérivées successives.
- Enfin, factoriser \(P\) dans \(\mathbb{R}[X]\).
Exercice 3 – Premières relations de Viète
Soit \(x_1\), \(x_2\), \(x_3\) les racines complexes de \(P=X^3-4X^2+X+6\).
- Donner \(\sigma_1\), \(\sigma_2\) et \(\sigma_3\) sans calculer les racines.
- En déduire \(x_1^2+x_2^2+x_3^2\) et \(\frac{1}{x_1}+\frac{1}{x_2}+\frac{1}{x_3}\).
- Par ailleurs, vérifier que \(-1\) est racine, factoriser \(P\) et contrôler les deux résultats précédents.
Exercice 4 – Une interpolation à trois points
- Écrire les polynômes de Lagrange \(L_0\), \(L_1\), \(L_2\) associés aux abscisses 0, 1 et 3.
- En déduire l’unique polynôme \(P\) de degré au plus 2 tel que \(P(0)=3\), \(P(1)=2\) et \(P(3)=6\).
- Enfin, vérifier les trois conditions.
Exercice 5 – Deux factorisations dans R[X] et C[X]
- Factoriser \(X^4-X^2-6\) en irréductibles dans \(\mathbb{R}[X]\), puis dans \(\mathbb{C}[X]\).
- De même, factoriser \(X^3+8\) dans \(\mathbb{R}[X]\), puis dans \(\mathbb{C}[X]\).
Exercice 6 – Divisibilité par un trinôme
On cherche les réels \(a\) et \(b\) tels que \(X^2-X-2\) divise \(P=X^4+aX^2+bX-4\).
- Factoriser \(X^2-X-2\).
- Traduire la divisibilité par deux équations, puis déterminer \(a\) et \(b\).
- Enfin, calculer le quotient de \(P\) par \(X^2-X-2\).
Pour s’entraîner
Exercice 7 – Restes de divisions de X^n
Soit \(n\geqslant 1\).
- Déterminer le reste de la division de \(X^n\) par \(X^2-3X+2\).
- Ensuite, déterminer le reste de la division de \(X^n\) par \((X-2)^2\), en dérivant l’égalité de division.
- Vérifier ce dernier résultat pour \(n=1\) et \(n=2\).
Exercice 8 – Un système symétrique résolu par Viète
Résoudre dans \(\mathbb{C}^3\) le système \[\begin{cases} x+y+z=2\\ xy+yz+zx=-5\\ xyz=-6\end{cases}\]
Exercice 9 – Paramètre donnant une racine double
Pour \(\lambda\) réel, on pose \(P_\lambda=X^3-12X+\lambda\). La figure montre le graphe de \(P_\lambda\) pour plusieurs valeurs de \(\lambda\).

- Montrer que \(P_\lambda\) a une racine multiple si et seulement si \(P_\lambda\) et \(P_\lambda^{\prime}\) ont une racine commune.
- Déterminer les valeurs de \(\lambda\) pour lesquelles \(P_\lambda\) a une racine double.
- Dans chaque cas, factoriser \(P_\lambda\).
Exercice 10 – Formule de Taylor en 1
Soit \(P=X^3+2X^2-X+4\).
- Écrire \(P\) suivant les puissances de \(X-1\).
- En déduire, sans division, le reste de \(P\) dans la division par \((X-1)^2\).
- Enfin, factoriser \(P-6X\).
Exercice 11 – Propriétés des polynômes de Lagrange
Soit \(n\geqslant 1\), des réels \(a_0,\dots,a_n\) deux à deux distincts et \(L_0,\dots,L_n\) les polynômes de Lagrange associés.
- Montrer que \(\sum_{i=0}^{n}L_i=1\).
- Montrer de même que \(\sum_{i=0}^{n}a_iL_i=X\).
- Expliciter \(L_0\), \(L_1\), \(L_2\) pour les abscisses 0, 1, 2 et vérifier directement la première identité.
Exercice 12 – Factoriser X^6 – 1 et X^6 + 1
- Déterminer les racines complexes de \(X^6-1\), puis le factoriser dans \(\mathbb{C}[X]\) et dans \(\mathbb{R}[X]\).
- De même, factoriser \(X^6+1\) dans \(\mathbb{R}[X]\).
- Vérifier que \((X^2-\sqrt{3}X+1)(X^2+\sqrt{3}X+1)=X^4-X^2+1\).
Exercice 13 – Sommes de puissances des racines
Soit \(p\) et \(q\) deux complexes, et \(x_1\), \(x_2\), \(x_3\) les racines de \(X^3+pX+q\).
- Exprimer \(\sigma_1\), \(\sigma_2\), \(\sigma_3\) puis \(S_2=x_1^2+x_2^2+x_3^2\) en fonction de \(p\) et \(q\).
- En utilisant \(x_i^3=-px_i-q\), calculer \(S_3=\sum x_i^3\), puis \(S_4=\sum x_i^4\).
- Vérifier les trois formules sur \(X^3-7X+6\), dont 1 est racine.
Exercice 14 – Racine complexe d’un polynôme réel
Soit \(P=X^4-4X^3+9X^2-10X+6\).
- Vérifier que \(1+i\) est racine de \(P\).
- Justifier que \(1-i\) est aussi racine, puis en déduire un facteur réel de degré 2 de \(P\).
- Enfin, factoriser \(P\) dans \(\mathbb{R}[X]\) et dans \(\mathbb{C}[X]\).
Exercice 15 – Divisibilité par X^2 + 1 et module
Pour \(n\in\mathbb{N}\), on pose \(P_n=(X+1)^n-X^n-1\).
- Montrer que \(X^2+1\) divise \(P_n\) si et seulement si \(P_n(i)=0\).
- Examiner les cas \(n=0\), \(n=1\) et \(n=2\).
- Pour \(n\geqslant 3\), comparer \(|(1+i)^n|\) et \(|i^n+1|\). Conclure.
Exercice 16 – Interpoler 2^k aux points 0, 1, 2, 3
Soit \(P\) l’unique polynôme de degré au plus 3 tel que \(P(k)=2^k\) pour \(k\in\{0,1,2,3\}\). Les quatre points sont représentés ci-dessous.

- Pour les abscisses 0, 1, 2, 3, calculer \(L_0(4)\), \(L_1(4)\), \(L_2(4)\) et \(L_3(4)\).
- En déduire \(P(4)\) et le comparer à \(2^4\).
- Montrer que \(Q=1+X+\frac{X(X-1)}{2}+\frac{X(X-1)(X-2)}{6}\) convient, puis conclure que \(Q=P\).
Exercice 17 – Équation fonctionnelle P(X^2) = (X^2 + 1)P(X)
- Soit \(P\) une solution non nulle de degré \(d\). Montrer que \(d=2\).
- Déterminer alors toutes les solutions \(P\in\mathbb{C}[X]\).
Exercice 18 – Racines en progression arithmétique
On cherche les réels \(\lambda\) tels que les racines de \(X^3-6X^2+\lambda X-6\) soient de la forme \(r-d\), \(r\), \(r+d\).
- À l’aide de \(\sigma_1\), déterminer \(r\).
- En déduire la seule valeur possible de \(\lambda\).
- Réciproquement, vérifier que cette valeur convient et donner les racines.
Pour approfondir
Exercice 19 – Problème : produit des sinus et racines de l’unité
Soit \(n\geqslant 2\) et \(\omega=e^{2i\pi/n}\).
- Justifier que \(X^n-1=\prod_{k=0}^{n-1}(X-\omega^k)\).
- En déduire que \(1+X+\dots+X^{n-1}=\prod_{k=1}^{n-1}(X-\omega^k)\).
- Évaluer en 1 et montrer que \(\prod_{k=1}^{n-1}\sin\frac{k\pi}{n}=\dfrac{n}{2^{n-1}}\).
- Évaluer en 2 et calculer \(\prod_{k=1}^{n-1}(2-\omega^k)\).
- Vérifier la formule de la question 3 pour \(n=3\) et \(n=4\).
Exercice 20 – Problème : polynômes divisibles par leur dérivée
Dans cet exercice, \(P\in\mathbb{C}[X]\) est de degré \(n\geqslant 1\).
- Soit \(a\) une racine de \(P\) de multiplicité \(m\). Montrer que \(a\) est racine de \(P^{\prime}\) de multiplicité \(m-1\), où la multiplicité 0 signifie « non racine ».
- On suppose que \(P^{\prime}\) divise \(P\). Montrer qu’il existe \(b\in\mathbb{C}\) tel que \(nP=(X-b)P^{\prime}\).
- Soit \(a\) une racine de \(P\). Montrer que \(a=b\), puis que \(P=\lambda(X-b)^n\) avec \(\lambda\neq 0\).
- Réciproquement, vérifier que ces polynômes conviennent.
Exercice 21 – Problème : factorisation de X^{2n} – 2cos(θ)X^n + 1
Soit \(n\geqslant 1\), \(\theta\in\,]0,\pi[\) et \(P=X^{2n}-2\cos\theta\,X^n+1\).
- Résoudre dans \(\mathbb{C}\) l’équation \(Y^2-2\cos\theta\,Y+1=0\).
- En déduire les \(2n\) racines de \(P\) et justifier qu’elles sont distinctes.
- Factoriser \(P\) dans \(\mathbb{C}[X]\), puis montrer que \(P=\prod_{k=0}^{n-1}\left(X^2-2\cos\frac{\theta+2k\pi}{n}X+1\right)\).
- Évaluer en 1 et en déduire que \(\sin\frac{\theta}{2}=2^{n-1}\prod_{k=0}^{n-1}\sin\frac{\theta+2k\pi}{2n}\).
Pour aller plus loin
- Revoir la leçon : cours de maths sup (MPSI) sur racines d'un polynôme et Viète
- Bases utiles : Complexes : module, argument et racines n-ièmes, Lois internes, groupes, anneaux et corps
- Chapitre d’avant : Produit matriciel, matrices inversibles et pivot
- Chapitre d’après : PGCD de polynômes et décomposition en éléments simples
- Vérifier ses acquis : QCM de maths sup (MPSI) sur racines d'un polynôme et Viète
- Contrôle corrigé en temps limité : Interpolation de Lagrange et Viète : contrôle de maths en MPSI
- Le même thème en L1 de maths : Polynômes : division, racines et d'Alembert-Gauss
- Tous les chapitres : le sommaire de maths sup (MPSI)
- Après le bac : les maths post-bac, de la MPSI à la L3
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