Idée. Sur un corps K (typiquement Q,R,C ou Fp), l'anneau K[X] se comporte exactement comme Z : il y a une division euclidienne, donc un PGCD par l'algorithme d'Euclide, une identité de Bézout, des « nombres premiers » (les polynômes irréductibles) et une factorisation unique. Le degré joue le rôle de la valeur absolue.
A. Degré & division euclidienne
deg(PQ)=degP+degQ et deg(P+Q)≤max(degP,degQ). Pour A,B∈K[X] avec B=0, il existe un unique couple (Q,R) tel que
A=BQ+R,degR<degB.
Exemple.X4+1=(X2+X+1)(X2−X)+(X+1) : quotient X2−X, reste X+1 (deg=1<2).
B. PGCD, algorithme d'Euclide, Bézout
pgcd(A,B) (unitaire) s'obtient par divisions successives : pgcd(A,B)=pgcd(B,R).
Exemple.pgcd(X4−1,X3−1) : X4−1=X(X3−1)+(X−1), X3−1=(X−1)(X2+X+1), donc pgcd=X−1.
Bézout. Il existe U,V∈K[X] tels que UA+VB=pgcd(A,B) (Euclide étendu). Ex. 1⋅(X4−1)+(−X)(X3−1)=X−1. A,B sont premiers entre eux⟺∃U,V,UA+VB=1.
C. Racines & factorisation par (X−a)
Théorème du reste. Le reste de P par (X−a) est P(a). Donc a est racine de P⟺(X−a)∣P.
On factorise par divisions successives (schéma de Horner).
Exemple.P=X3−2X2+3X−4 : P(2)=2, donc P=(X−2)(X2+3)+2.
D. Multiplicité & relations de Viète
a est racine de multiplicitém si (X−a)m∣P mais (X−a)m+1∤P. Pour P=an∏(X−ri) unitaire (an=1), les relations de Viète lient coefficients et racines :
∑ri=−an−1,i<j∑rirj=an−2,∏ri=(−1)na0.
La dérivée formelle(Xn)′=nXn−1 (purement algébrique) détecte les racines multiples :
a est racine multiple de P⟺P(a)=P′(a)=0⟺(X−a)∣pgcd(P,P′).
Exemple.P=X3−3X+2, P′=3X2−3=3(X−1)(X+1), pgcd(P,P′)=X−1 : 1 est racine double, et en effet P=(X−1)2(X+2).
F. Irréductibilité & factorisation
Un polynôme est irréductible sur K s'il n'est pas produit de deux polynômes de degré ≥1 de K[X]. La factorisation dépend du corps :
sur C : les irréductibles sont les degré 1 (théorème de d'Alembert-Gauss) ;
sur R : les degré 1 et les degré 2 à discriminant négatif (car les racines complexes vont par paires conjuguées) ;
sur Q : critères (racines rationnelles, Eisenstein : si un premier p divise tous les coefficients sauf le dominant et p2∤a0, le polynôme est irréductible).
Exemple.X4−1=(X−1)(X+1)(X2+1) sur R ; sur C, X2+1=(X−i)(X+i).
Racines complexes d'un polynôme à coefficients réels : elles sont symétriques par rapport à l'axe réel (racines conjuguées par paires). C'est la raison pour laquelle les irréductibles de R[X] sont de degré 1 (racine réelle) ou 2 (paire conjuguée X2−2Re(z)X+∣z∣2) : ici 1 racine réelle (−1) et deux paires conjuguées (±i, 1±i).
Dans le palier approfondissement (Pro) : Anneaux quotients K[X]/(P) & corps finis
A. Congruences de polynômes & anneau quotient
B. Inverse modulaire & corps
C. Interpolation de Lagrange & restes chinois
D. Corps Fp et factorisation selon le corps
E. Construction d'un corps fini GF(pn)
F. Groupe multiplicatif & élément primitif
La suite dans l'app Maths Post-Bac
Palier approfondissement, 54 exercices corrigés pas à pas, quiz, tuteur IA,
PDF téléchargeables et suivi de progression — pour BUT, BTS, licence et maths de l'ingénieur.