Méthode de Bézout

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La méthode de Bezout, imaginée et mise au point par Étienne Bézout en 1762, est une méthode générale de résolution des équations algébriques.

Cette méthode tente de ramener l'équation que l'on veut résoudre à d'autres équations de degré moins élevé. Cette méthode échoue de façon certaine pour les équations de degrés supérieur ou égal à cinq qui ont un groupe de Galois non résoluble.

Cette méthode, fastidieuse pour les équations de degré supérieur ou égal à 4, n'a un intérêt concret que pour les équations de degré 3.

[modifier] Principe de la méthode

Considérons une équation de degré n :

$\qquad a_n x^n + a_{n - 1} x^{n - 1} + \cdots + a_1 x + a_0 = 0$

Soit r une racine n-ème primaire de l'unité.

Nous savons que les n racines n-ème de l'unité 1, r, r²,..., r^n-1 vérifient la relation :

$\qquad 1 + r + r^2 + \cdots + r^{n-1} = 0$

La méthode de Bezout consiste à rechercher les racines de l'équation étudiée sous forme de combinaisons linéaires des racines n-ème de l'unité.

$\qquad x = b_0 + b_1r + b_2r^2 + \cdots + b_{n-1}r^{n-1}$

Pour cela, on commence par éliminer r entre les deux relations :

$\qquad 1 + r + r^2 + \cdots + r^{n-1} = 0$

$\qquad x = b_0 + b_1r + b_2r^2 + \cdots + b_{n-1}r^{n-1}$

Ce qui nous donne une équation de degré n en x dont les coefficients sont des expressions dépendant de b₀, b₁, b₂,...,b_n. En identifiant les coefficients de cette équation avec les coefficients correspondant de l'équation à résoudre, on obtient un système d'équations d'inconnues b₀, b₁, b₂,...,b_n qui après résolution et report des différentes solutions dans :

$\qquad x = b_0 + b_1r + b_2r^2 + \cdots + b_{n-1}r^{n-1}$

nous donnera les solutions de l'équation que l'on s'était donné à résoudre.

[modifier] Application à la résolution des équations cubiques

Nous allons exposer la méthode sur l'exemple suivant :

$6x^3 - 6x^2 + 12x + 7=0 ~$

Posons :

$j = e^{\frac{2i\pi}{3}} ~$

j est l'une des racines cubiques de l'unité et vérifie donc :

$j^3 = 1 ~$

Recherchons les racines sous la forme :

$x = a+bj+cj^2 \qquad (*)~$

Nous allons éliminer j entre les deux dernières équations.

Les deux dernières équations se mettent sous la forme :

$\left\{\begin{matrix} j^3=1 \\ x-a-bj=cj^2 \end{matrix}\right.$

En faisant des produits membre à membre successifs et en remplaçant chaque fois celle des deux équations dont le degrés par rapport à j est le plus élevé par le résultat, nous allons baisser progressivement le degré des équations par rapport à j jusqu'à ce que j disparraisse de l'une des équations.

Un premier produit membre à membre nous donne :

$\left\{\begin{matrix} bj^2=jx-aj-c \\ x-a-bj=cj^2 \end{matrix}\right.$

Un deuxième produit membre à membre nous donne :

$\left\{\begin{matrix} cjx-acj+b^2j=bx+c^2-ab \\ x-a-bj=cj^2 \end{matrix}\right.$

Un troisième produit membre à membre nous donne :

$\left\{\begin{matrix} cjx-acj+b^2j=bx+c^2-ab \\ ab^2-a^2c-b^2x+2acx-cx^2=2abcj-b^3j-c^3j-2bcjx \end{matrix}\right.$

Un dernier produit membre à membre permet d'éliminer j et nous fournit l'équation :

$x^3 - 3ax^2 + (3a^2 - 3bc)x + 3abc - a^3 - b^3 - c^3 = 0 ~$

En identifiant les coefficients de cette équation avec les coefficients de l'équation que nous devons résoudre, nous obtenons :

$\left\{\begin{matrix} -3a=-1 \\ 3a^2 - 3bc=2 \\ 3abc - a^3 - b^3 - c^3=\frac{7}{6} \end{matrix}\right.$

De la première équation nous en déduisons la valeur de a que l'on reporte dans les autres équations, on obtient :

$\left\{\begin{matrix} a=\frac{1}{3} \\ bc=-\frac{5}{9} \\ bc - b^3 - c^3=\frac{65}{54} \end{matrix}\right.$

Mémorisons la valeur de a et portons le produit bc dans la troisième équation, nous obtenons :

$\left\{\begin{matrix} bc=-\frac{5}{9} \\ b^3 + c^3 = -\frac{95}{54} \end{matrix}\right.$

En élevant au cube les deux membres de la première équation, on obtient :

$\left\{\begin{matrix} b^3c^3 = -\frac{125}{729} \\ b^3+c^3 = -\frac{95}{54} \end{matrix}\right. ~$

b³ et c³ sont donc les racines de l'équation :

$X^2 + \frac{95}{54}X -\frac{125}{729} = 0 ~$

Les deux racines de cette équation sont :

$b^3 = \frac{5}{54} ~$

$c^3 = -\frac{50}{27} ~$

Les trois couples (b,c) vérifiant :

$bc = -\frac{5}{9} ~$

sont donc :

$b_1 = \frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}$ et $\qquad c_1 = -\frac{1}{3}\sqrt[3]{50}$

$b_2 = \frac{j}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}$ et $\qquad c_2 = -\frac{j^2}{3}\sqrt[3]{50}$

$\qquad b_3 = \frac{j^2}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}$ et $\qquad c_3 = -\frac{j}{3}\sqrt[3]{50}$

En reportant dans (*) les valeurs de a,b,c trouvées, on obtient:

$x_1 = \frac{1}{3} + \frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}j - \frac{1}{3}\sqrt[3]{50}j^2 ~$

$x_2 = \frac{1}{3} + \frac{j}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}j - \frac{j^2}{3}\sqrt[3]{50}j^2 ~$

$x_3 = \frac{1}{3} - \frac{j^2}{3}\sqrt[3]{50}j+ \frac{j}{3}\sqrt[3]{\frac{5}{2}}j^2 ~$

Qui, après simplification donne :

$x_1 = \frac{1}{3}(1 + j\sqrt[3]{\frac{5}{2}} - j^2\sqrt[3]{50}) ~$

$x_2 = \frac{1}{3}(1 + j^2\sqrt[3]{\frac{5}{2}} - j\sqrt[3]{50}) ~$

$x_3 = \frac{1}{3}(1 - \sqrt[3]{50}+ \sqrt[3]{\frac{5}{2}}) ~$

Qui sont les trois racines de l'équation que l'on devait résoudre.

[modifier] Autres méthodes de résolution d'équations

Méthodes de résolution d'équations
Méthodes de résolution d'équations polynomiales
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Catégorie : Équation polynomiale

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