Unreviewed. This problem has not been reviewed by trusted users yet.
Find all polynomials P∈C[X] such that:
P(X2)=P(X)2
Solutions
2Reveal solutionsAre you sure? Give it a try first.
Let P∈C[X] such that P(X2)=P(X)2
- If P=c∈R
c=c2⟹c(c−1)=0⟹c∈{0,1}
- If P is not constant, let n=deg(P)
We find the leading coefficient of P:
Let an be the leading coefficient of P(X). By comparing the leading coefficients on both sides of P(X2)=P(X)2:
an=an2⟹an∈{0,1}Since deg(P)=n, an=0.
Therefore, an=1
With the leading coefficient known, we can write, using the Euclidean division of P(X) by Xn:
P(X)=Xn+R(X)where deg(R)=q<nSubstituting this into P(X2)=P(X)2:
X2n+R(X2)=(Xn+R(X))2=X2n+2XnR(X)+R(X)2Subtracting X2n from both sides gives:
R(X2)=2XnR(X)+R(X)2Now, assume R=0: The left-hand side has degree deg(R(X2))=2q. On the right-hand side, deg(2XnR(X))=n+q and deg(R(X)2)=2q. Since q<n, we have 2q<n+q, so the degree of the right-hand side is strictly n+q. Equating the degrees:
2q=n+q⟹q=nThis contradicts the condition q<n. Thus, we must have R=0, which implies P(X)=Xn.
Conversely, if P=Xn, P(X2)=X2n=(Xn)2=(P(X))2
Conclusion: The set of all polynomial solutions in C[X] is:
S={0}∪{Xn∣n∈N}
Analyse :
Soit P∈C[X] vérifiant P(X2)=P(X)2
On vérifie que le polynôme nul est solution puis on se place dans le cas où P=0
Ils existent alors n∈N et P~∈C[X] ne s’annulant pas en 0 tels que P=XnP~
En injectant la nouvelle expression de P dans l’équation de départ : (X2)nP~(X2)=(XnP~(X))2 qui se simplifie en P~(X2)=P~(X)2.
En évaluant cette nouvelle égalité en 0 : P~(0)=P~(0)2 et en sachant que P~(0)=0 par hypothèse on a P~(0)=1.
Supposons par l’absurde que P~−1 n’est pas le polynôme nul et que P~(0)=1, ils existent donc p∈N∗ et Q∈C[X] ne s’annulant pas en 0 tels que P~(X)−1=XpQ(X)
En injectant la nouvelle expression de P~ dans l’équation de P~ , on a (X2)pQ(X2)+1=(XpQ(X)+1)2
qui se simplifie en : X2pQ(X2)=X2pQ(X)2+2XpQ(X)
Le membre de droite contient un monome de degré p qui est 2Q(0)Xp mais le membre de gauche a que des monomes de degrés au moins 2p. Ce qui est absurde. Ainsi P~−1=0 autrement dit P~=1
Ainsi P=Xn
Synthèse :
On vérifie que le polynôme nul est bien solution de l’équation polynomiale 0=02
Et que les monômes de degré n∈N sont aussi solutions, en effet (X2)n=(Xn)2