Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/General algebraUnreviewed

Inégalité de Sudbery-Popoviciu

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59
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
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Français

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Soit fC[X]f \in \mathbb{C}[X], de degré n2n \geqslant 2, possédant au moins deux racines distinctes. On pose F:=fff(n)F:=f f^{\prime} \cdots f^{(n)} et on note z1,,zkz_1, \ldots, z_k les racines distinctes de FF. On veut montrer que kn+1k \geqslant n+1.

On note mi()m_i(\ell) la multiplicité de ziz_i comme racine de f()f^{(\ell)}. Soit PC[X]P \in \mathbb{C}[X] unitaire, que l’on écrit

P=Xd+j=1dαjXdj=i=1d(Xzi).P=X^d+\sum_{j=1}^d \alpha_j X^{d-j}=\prod_{i=1}^d\left(X-z_i\right) .On convient que α0=1\alpha_0=1 et que pour jd+1,αj=0j \geqslant d+1, \alpha_j=0. Pour jNj \in \mathbb{N}, on définit Sj(P)S_j(P) la jj-ième somme de Newton du polynôme PP : Sj(P):=i=1dzij.S_j(P):=\sum_{i=1}^d z_i^j .

On rappelle que S0(P)=dS_0(P)=d, et si j1j \geqslant 1,
Sj(P)=i=(i1,,ij)Nji1+2i2++jij=jcj,iα1i1αjijS_j(P)=\sum_{\substack{i=\left(i_1, \ldots, i_j\right) \in \mathbb{N}^j \\ i_1+2 i_2+\ldots+j i_j=j}} c_{j, i} \alpha_1^{i_1} \cdots \alpha_j^{i_j}où les coefficients cj,ic_{j, i} ne dépendent ni de dd ni de PP.

  1. Soient d1d \geqslant 1 et 1,d1\ell \in \llbracket 1, d-1 \rrbracket et soit PC[X]P \in \mathbb{C}[X] de degré dd.

Montrer que toute racine de P()P^{(\ell)} est combinaison linéaire convexe des racines de PP.

  1. Soit j0,k1j \in \llbracket 0, k-1 \rrbracket. Montrer que l’application

ϕj:{0,nCSj(f())\phi_j:\left\{\begin{array}{c} \llbracket 0, n \rrbracket \longrightarrow \mathbb{C} \\ \ell \longmapsto S_j\left(f^{(\ell)}\right) \end{array}\right.

est polynomiale de degré inférieur ou égal à k1k-1.

  1. Établir l’existence de polynômes g1,,gkg_1, \ldots, g_k, de degrés strictement inférieurs à kk tels que gi()=mi()g_i(\ell)=m_i(\ell) pour tout 0,n\ell \in \llbracket 0, n \rrbracket.

  2. Établir l’existence de i1,ki \in \llbracket 1, k \rrbracket tel que ziz_i est racine de ff et

{mi()=mi(0) si 0mi(0)mi()=0 si mi(0)+1n.\begin{cases}m_i(\ell)=m_i(0)-\ell & \text { si } 0 \leqslant \ell \leqslant m_i(0) \\ m_i(\ell)=0 & \text { si } m_i(0)+1 \leqslant \ell \leqslant n .\end{cases}

  1. Pour 0,n2\ell \in \llbracket 0, n-2 \rrbracket, on pose d()=mi()2mi(+1)+mi(+2)d(\ell)=m_i(\ell)-2 m_i(\ell+1)+m_i(\ell+2). Calculer =0n2(n2)(1)d()\sum_{\ell=0}^{n-2}\binom{n-2}{\ell}(-1)^{\ell} d(\ell).

  2. En déduire que kn+1k \geqslant n+1.

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