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Exercice corrigé : Polynômes de Tchebychev (type CCINP)

Raisonner par récurrence double sur une suite de polynômesCalculer un degré et un coefficient dominantIdentifier un polynôme par une infinité de valeursFactoriser un polynôme scindé à racines simplesAppliquer les relations coefficients-racines

On définit une suite $(T_n)_{n\in\mathbb{N}}$ de polynômes de $\mathbb{R}[X]$ par $T_0=1$, $T_1=X$ et, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $$T_{n+2}=2XT_{n+1}-T_n.$$

  1. Calculer $T_2$, $T_3$ et $T_4$.

  2. Montrer que pour tout $n\geq 1$, $T_n$ est de degré $n$ et de coefficient dominant $2^{n-1}$.

  3. Montrer que pour tout $n\in\mathbb{N}$ et tout $\theta\in\mathbb{R}$, $T_n(\cos\theta)=\cos(n\theta)$.

  4. Montrer que $T_n$ est l'unique polynôme $P\in\mathbb{R}[X]$ tel que $P(\cos\theta)=\cos(n\theta)$ pour tout $\theta\in\mathbb{R}$.

  5. Soit $n\geq 1$. Pour $0\leq k\leq n-1$, on pose $x_k=\cos\dfrac{(2k+1)\pi}{2n}$. Montrer que les $x_k$ sont $n$ racines distinctes de $T_n$ et en déduire $$T_n=2^{n-1}\prod_{k=0}^{n-1}(X-x_k).$$

  6. Soit $m\geq 1$. En calculant $T_{2m}(0)$ de deux façons, montrer que $$\prod_{k=0}^{2m-1}\cos\frac{(2k+1)\pi}{4m}=\frac{(-1)^m}{2^{2m-1}}.$$

Le cours associé

Polynômes

Notions à revoir

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