| L’algorithme de division euclidienne | |
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| Le théorème du reste | |
| Le théorème de factorisation |
Leçon
La théorie — Entraîneur de division de polynômes
Effectuer la division euclidienne d’un polynôme P(x) par D(x), c’est trouver un quotient Q(x) et un reste R(x) tels que P = DQ + R, avec R nul ou de degré strictement inférieur à celui de D.
D’où vient la formule
- Divisez les termes de plus haut degré. Le terme de plus haut degré de P divisé par celui de D donne le premier terme du quotient.
- Multipliez par le diviseur, puis soustrayez. En soustrayant le produit de ce terme par D, vous éliminez le terme de plus haut degré de P. Le degré diminue.
- Poursuivez jusqu’à obtenir un degré strictement inférieur à celui de D. Chaque étape fournit un nouveau terme du quotient. Si une puissance est absente de P, conservez sa colonne avec un coefficient nul.
- Déduisez le théorème du reste de l’identité obtenue. Pour un diviseur x − a, le reste R est une constante. En remplaçant x par a dans P = (x − a)Q + R, vous annulez tout le premier terme.
- Déduisez-en le théorème de factorisation. Le polynôme x − a divise P si et seulement si le reste P(a) est nul. Chercher un facteur de cette forme revient donc à chercher une racine.
Problèmes entièrement résolus
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Une division avec un terme manquant 4 étapes
Divisez x³ + 2x − 5 par x + 1.
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Le terme en x² est absent. Écrivez 0x² pour bien aligner les termes de même degré. x³ ÷ x = x².
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Le produit de x² par (x + 1) vaut x³ + x². Après soustraction, il reste −x² + 2x − 5. Puis −x² ÷ x = −x.
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Le produit de −x par (x + 1) vaut −x² − x. Après soustraction, il reste 3x − 5. Ensuite, 3x ÷ x = 3. En soustrayant 3(x + 1) = 3x + 3, vous obtenez −8.
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Vérifiez en multipliant le quotient par le diviseur et en ajoutant le reste.
Réponse
Quotient : x² − x + 3 ; reste : −8.
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Un diviseur du second degré 3 étapes
Divisez x⁴ + 3x³ − x + 2 par x² + x − 1.
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x⁴ ÷ x² = x². Multipliez le diviseur par x², puis soustrayez le produit obtenu.
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2x³ ÷ x² = 2x. Multipliez le diviseur par 2x, puis soustrayez le produit obtenu.
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−x² ÷ x² = −1. Multipliez le diviseur par −1, puis soustrayez le produit obtenu. Il reste 2x + 1, de degré 1, strictement inférieur au degré 2 du diviseur. C’est donc le reste.
Réponse
Quotient : x² + 2x − 1 ; reste : 2x + 1.
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Un diviseur non unitaire 4 étapes
Divisez 4x³ − 2x² + 6x + 1 par 2x − 1.
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Pour obtenir chaque terme du quotient, vous divisez par 2x. 4x³ ÷ 2x = 2x².
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2x²(2x − 1) = 4x³ − 2x² : la soustraction élimine aussi le terme en x². Comme 0x² ÷ 2x = 0, le quotient n’a pas de terme en x.
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6x ÷ 2x = 3. En soustrayant 3(2x − 1) = 6x − 3, vous obtenez 4.
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Vous pouvez vérifier avec le théorème du reste, puisque 2x − 1 s’annule pour x = 1/2.
Réponse
Quotient : 2x² + 3 ; reste : 4.
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Trouver le reste sans effectuer la division 2 étapes
Déterminez le reste de la division de x³ − 4x² + 5x − 7 par x − 3.
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Le diviseur est de la forme x − a, avec a = 3. Le reste vaut donc P(3).
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La division euclidienne donne le même reste et un quotient égal à x² − x + 2.
Réponse
Le reste vaut −1.
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D’un facteur à la factorisation complète 3 étapes
Montrez que x − 1 est un facteur de x³ − 6x² + 11x − 6, puis factorisez complètement ce polynôme.
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P(1) = 0. D’après le théorème de factorisation, x − 1 divise donc P.
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Effectuez la division pour trouver l’autre facteur.
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Le quotient est un polynôme du second degré qui se factorise à son tour.
Réponse
(x − 1)(x − 2)(x − 3)
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Un coefficient inconnu 3 étapes
x + 2 est un facteur de x³ + kx² − x − 2. Déterminez k.
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Comme x + 2 = x − (−2), vous avez P(−2) = 0.
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Résolvez l’équation pour trouver k.
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Vérifiez par la division : le reste est nul.
Réponse
k = 2, et x³ + 2x² − x − 2 = (x + 2)(x² − 1) = (x + 2)(x − 1)(x + 1).
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Deux inconnues, deux conditions 3 étapes
P(x) = x³ + ax² + bx − 6. Le polynôme x − 1 est un facteur de P, et la division de P par x + 1 donne un reste égal à 4. Déterminez a et b.
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Puisque x − 1 est un facteur de P, vous avez P(1) = 0.
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La condition sur le reste donne P(−1) = 4.
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Additionnez les deux équations, puis remplacez l’inconnue trouvée par sa valeur dans l’une d’elles.
Réponse
a = 8, b = −3
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Division de 2x³ − 3x² + 4x − 5 par x − 2 5 étapes
La division de 2x³ − 3x² + 4x − 5 par x − 2 donne un reste de 7. Parvenez-y par division synthétique, puis obtenez ce même 7 sans effectuer de division.
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La division synthétique est une division posée débarrassée de la tenue de compte. Seuls les coefficients comptent, et diviser par x − r signifie que le multiplicateur est r.
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Abaissez le 2, multipliez par 2 et ajoutez à −3 pour obtenir 1, multipliez par 2 et ajoutez à 4 pour obtenir 6, multipliez par 2 et ajoutez à −5 pour obtenir 7. Les trois premiers constituent le quotient ; le dernier est le reste.
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Écrite en entier, c'est la division euclidienne des polynômes — et l'identité est vraie pour tout x, pas seulement pour les valeurs commodes.
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Substituez donc x = 2. Le facteur (x − 2) annule l'ensemble du quotient, quel qu'il soit, et l'identité se réduit à P(2) = le reste.
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Évaluer directement P(2) donne 7, ce qui concorde avec la division sans qu'aucune division n'ait été effectuée.
Réponse
L'outil affiche un quotient de 2x² + x + 6 et un reste de 7. Le théorème du reste est ce que prouve l'étape 4, et il vaut plus que le raccourci qu'il procure : parce que le reste est P(r), demander si (x − r) divise un polynôme revient à demander si P(r) = 0. Ici, il vaut 7, donc ce n'est pas le cas. Cette équivalence transforme la recherche de facteurs en une évaluation — essayez des valeurs du diviseur jusqu'à ce que le reste indique 0, et vous aurez trouvé une racine et factorisé le polynôme en une seule étape.
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Exercices supplémentaires, réponses seules
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Divisez x³ − 3x² + 5 par x − 1.
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Quotient : x² − 2x − 2 ; reste : 3
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Divisez 2x⁴ − 3x³ + x − 4 par x² − 2.
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Quotient : 2x² − 3x + 4 ; reste : −5x + 4
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Divisez x² + 1 par 2x − 1.
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Quotient : x/2 + 1/4 ; reste : 5/4
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Déterminez le reste de la division de 2x³ + 3x² − 5 par 2x + 1.
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−9/2
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Montrez que x − 2 est un facteur de x³ − 7x + 6, puis factorisez complètement ce polynôme.
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(x − 2)(x − 1)(x + 3)
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La division de x³ + px + q par x − 1 donne un reste égal à 6, et x + 2 est un facteur de ce polynôme. Déterminez p et q.
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p = −1, q = 6
Parcours
Au-delà du second degré
Références (1)
- Insight block 3 — the CRC as polynomial division over GF(2): W. W. Peterson and D. T. Brown, "Cyclic Codes for Error Detection." Proceedings of the IRE 49(1), 228–235, 1961.