Étude du sous-espace vectoriel $E$

Soit $E = \{P \in \mathbb{R}_3[X] \mid P(-1) = 0 \text{ et } P(1) = 0\}$.

  1. Montrons que $E$ est un sous-espace vectoriel de $\mathbb{R}_3[X]$
    • Le polynĂŽme nul $\mathbf{0}$ vĂ©rifie $\mathbf{0}(-1) = 0$ et $\mathbf{0}(1) = 0$.
      Donc $\mathbf{0} \in E$, ainsi $E$ n'est pas vide.
    • Soient $(P, Q) \in E^2$ et $\lambda \in \mathbb{R}$.
      Posons $H = P + \lambda Q$.
    • Il est aisĂ© de voir que :
      $H(-1) = H(-1)=0$.
    • Conclusion :
      Le polynĂŽme $P + \lambda Q$ appartient Ă  $E$.
      $E$ est donc un sous-espace vectoriel de $\mathbb{R}_3[X]$.

  2. Déterminons une base et la dimension de $E$
    • Soit $P \in \mathbb{R}_3[X]$.
      Puisque $-1$ et $1$ sont des racines de $P$, on peut affirmer que $P$ est divisible par $(X+1)(X-1)$
      c'est-Ă -dire que P(X) est divisible par $(X^2 - 1)$.
    • Comme $P$ est de degrĂ© au plus 3, il existe un polynĂŽme $Q$ de degrĂ© au plus 1 tel que :
      $P(X) = (X^2 - 1)Q(X) = (X^2 - 1)(aX + b)$.
    • En dĂ©veloppant, on obtient :
      $P(X) = aX(X^2 - 1) + b(X^2 - 1)$.
    • On en dĂ©duit que:
      $E = \text{Vect}(P_1, P_2)$ avec :
      $P_1 = X^3 - X$ et $P_2 = X^2 - 1$.
    • Les polynĂŽmes $P_1$ et $P_2$ n'ont pas le mĂȘme degrĂ©, ils ne peuvent ĂȘtre liĂ©s (facile Ă  prouver).
      La famille $(P_1, P_2)$ est donc libre.

    • Conclusion :
      La famille $(X^3 - X, X^2 - 1)$ constitue une base de $E$.
      Par conséquent, $\dim(E) = 2$.