Concept fondamental
Les formules de Viète (韦达定理) relient les coefficients d'un polynôme aux sommes et produits de ses racines.
Pour l'équation du second degré a x 2 + b x + c = 0 ax^2 + bx + c = 0 a x 2 + b x + c = 0 avec les racines x 1 x_1 x 1 et x 2 x_2 x 2 :
x 1 + x 2 = − b a x_1 + x_2 = -\frac{b}{a} x 1 + x 2 = − a b (Somme des racines)
x 1 ⋅ x 2 = c a x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} x 1 ⋅ x 2 = a c (Produit des racines)
Démonstration
À partir de la formule quadratique :
x 1 = − b + Δ 2 a , x 2 = − b − Δ 2 a x_1 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad x_2 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} x 1 = 2 a − b + Δ , x 2 = 2 a − b − Δ
Somme :
x 1 + x 2 = − b + Δ 2 a + − b − Δ 2 a = − 2 b 2 a = − b a x_1 + x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} + \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-2b}{2a} = -\frac{b}{a} x 1 + x 2 = 2 a − b + Δ + 2 a − b − Δ = 2 a − 2 b = − a b
Produit :
x 1 ⋅ x 2 = ( − b + Δ ) ( − b − Δ ) 4 a 2 = b 2 − Δ 4 a 2 = b 2 − ( b 2 − 4 a c ) 4 a 2 = 4 a c 4 a 2 = c a x_1 \cdot x_2 = \frac{(-b + \sqrt{\Delta})(-b - \sqrt{\Delta})}{4a^2} = \frac{b^2 - \Delta}{4a^2} = \frac{b^2 - (b^2 - 4ac)}{4a^2} = \frac{4ac}{4a^2} = \frac{c}{a} x 1 ⋅ x 2 = 4 a 2 ( − b + Δ ) ( − b − Δ ) = 4 a 2 b 2 − Δ = 4 a 2 b 2 − ( b 2 − 4 a c ) = 4 a 2 4 a c = a c
Applications importantes
1. Calculer des expressions sans résoudre
Calculer des expressions impliquant les racines sans déterminer leurs valeurs réelles.
Formules courantes :
x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2 x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2
x 1 3 + x 2 3 = ( x 1 + x 2 ) 3 − 3 x 1 x 2 ( x 1 + x 2 ) x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1x_2(x_1 + x_2) x 1 3 + x 2 3 = ( x 1 + x 2 ) 3 − 3 x 1 x 2 ( x 1 + x 2 )
1 x 1 + 1 x 2 = x 1 + x 2 x 1 x 2 \frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2} x 1 1 + x 2 1 = x 1 x 2 x 1 + x 2
( x 1 − x 2 ) 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 4 x 1 x 2 (x_1 - x_2)^2 = (x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2 ( x 1 − x 2 ) 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 4 x 1 x 2
2. Construire des équations à partir des racines
Si α \alpha α et β \beta β sont les racines, l'équation du second degré est :
x 2 − ( α + β ) x + α β = 0 x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0 x 2 − ( α + β ) x + α β = 0
Ou de manière équivalente :
( x − α ) ( x − β ) = 0 (x - \alpha)(x - \beta) = 0 ( x − α ) ( x − β ) = 0
3. Déterminer le signe des racines
Sans résoudre, déterminer le signe des racines :
Les deux positives : x 1 + x 2 > 0 x_1 + x_2 > 0 x 1 + x 2 > 0 ET x 1 ⋅ x 2 > 0 x_1 \cdot x_2 > 0 x 1 ⋅ x 2 > 0
Les deux négatives : x 1 + x 2 < 0 x_1 + x_2 < 0 x 1 + x 2 < 0 ET x 1 ⋅ x 2 > 0 x_1 \cdot x_2 > 0 x 1 ⋅ x 2 > 0
De signes opposés : x 1 ⋅ x 2 < 0 x_1 \cdot x_2 < 0 x 1 ⋅ x 2 < 0
Exercices pratiques CSCA
💡 Remarque : Les exercices suivants sont conçus selon le programme de l'examen CSCA.
Exemple 1 : Élémentaire (Difficulté ★★☆☆☆)
Si x 1 x_1 x 1 et x 2 x_2 x 2 sont les racines de x 2 − 3 x − 4 = 0 x^2 - 3x - 4 = 0 x 2 − 3 x − 4 = 0 , trouvez x 1 + x 2 x_1 + x_2 x 1 + x 2 et x 1 ⋅ x 2 x_1 \cdot x_2 x 1 ⋅ x 2 .
Solution :
D'après les formules de Viète avec a = 1 a = 1 a = 1 , b = − 3 b = -3 b = − 3 , c = − 4 c = -4 c = − 4 :
x 1 + x 2 = − − 3 1 = 3 x_1 + x_2 = -\frac{-3}{1} = 3 x 1 + x 2 = − 1 − 3 = 3
x 1 ⋅ x 2 = − 4 1 = − 4 x_1 \cdot x_2 = \frac{-4}{1} = -4 x 1 ⋅ x 2 = 1 − 4 = − 4
Réponse : Somme = 3, Produit = -4
Exemple 2 : Intermédiaire (Difficulté ★★★☆☆)
Si x 1 x_1 x 1 et x 2 x_2 x 2 sont les racines de 2 x 2 + 5 x − 3 = 0 2x^2 + 5x - 3 = 0 2 x 2 + 5 x − 3 = 0 , trouvez x 1 2 + x 2 2 x_1^2 + x_2^2 x 1 2 + x 2 2 .
Solution :
D'après les formules de Viète :
x 1 + x 2 = − 5 2 , x 1 ⋅ x 2 = − 3 2 x_1 + x_2 = -\frac{5}{2}, \quad x_1 \cdot x_2 = -\frac{3}{2} x 1 + x 2 = − 2 5 , x 1 ⋅ x 2 = − 2 3
En utilisant l'identité :
x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2 x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2
= ( − 5 2 ) 2 − 2 ( − 3 2 ) = \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 2\left(-\frac{3}{2}\right) = ( − 2 5 ) 2 − 2 ( − 2 3 )
= 25 4 + 3 = 25 4 + 12 4 = 37 4 = \frac{25}{4} + 3 = \frac{25}{4} + \frac{12}{4} = \frac{37}{4} = 4 25 + 3 = 4 25 + 4 12 = 4 37
Réponse : 37 4 \dfrac{37}{4} 4 37
Exemple 3 : Avancé (Difficulté ★★★★☆)
Si x 1 x_1 x 1 et x 2 x_2 x 2 sont les racines de x 2 − 4 x + 1 = 0 x^2 - 4x + 1 = 0 x 2 − 4 x + 1 = 0 , trouvez x 1 x 2 + x 2 x 1 \dfrac{x_1}{x_2} + \dfrac{x_2}{x_1} x 2 x 1 + x 1 x 2 .
Solution :
D'après les formules de Viète :
x 1 + x 2 = 4 , x 1 ⋅ x 2 = 1 x_1 + x_2 = 4, \quad x_1 \cdot x_2 = 1 x 1 + x 2 = 4 , x 1 ⋅ x 2 = 1
Simplifions l'expression :
x 1 x 2 + x 2 x 1 = x 1 2 + x 2 2 x 1 x 2 \frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{x_1^2 + x_2^2}{x_1 x_2} x 2 x 1 + x 1 x 2 = x 1 x 2 x 1 2 + x 2 2
Calculons d'abord x 1 2 + x 2 2 x_1^2 + x_2^2 x 1 2 + x 2 2 :
x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2 = 16 − 2 = 14 x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 = 16 - 2 = 14 x 1 2 + x 2 2 = ( x 1 + x 2 ) 2 − 2 x 1 x 2 = 16 − 2 = 14
Par conséquent :
x 1 x 2 + x 2 x 1 = 14 1 = 14 \frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{14}{1} = 14 x 2 x 1 + x 1 x 2 = 1 14 = 14
Réponse : 14 14 14
Exemple 4 : Avancé (Difficulté ★★★★☆)
Trouvez une équation du second degré à coefficients entiers dont les racines sont 2 + 3 2 + \sqrt{3} 2 + 3 et 2 − 3 2 - \sqrt{3} 2 − 3 .
Solution :
Somme des racines :
α + β = ( 2 + 3 ) + ( 2 − 3 ) = 4 \alpha + \beta = (2 + \sqrt{3}) + (2 - \sqrt{3}) = 4 α + β = ( 2 + 3 ) + ( 2 − 3 ) = 4
Produit des racines :
α ⋅ β = ( 2 + 3 ) ( 2 − 3 ) = 4 − 3 = 1 \alpha \cdot \beta = (2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3}) = 4 - 3 = 1 α ⋅ β = ( 2 + 3 ) ( 2 − 3 ) = 4 − 3 = 1
L'équation est :
x 2 − 4 x + 1 = 0 x^2 - 4x + 1 = 0 x 2 − 4 x + 1 = 0
Réponse : x 2 − 4 x + 1 = 0 x^2 - 4x + 1 = 0 x 2 − 4 x + 1 = 0
Exemple 5 : Avancé (Difficulté ★★★★★)
Si une racine de x 2 + p x + q = 0 x^2 + px + q = 0 x 2 + p x + q = 0 est le double de l'autre, et que la somme des racines vaut 6, trouvez p p p et q q q .
Solution :
Soient les racines r r r et 2 r 2r 2 r .
D'après les formules de Viète :
r + 2 r = 3 r = − p r + 2r = 3r = -p r + 2 r = 3 r = − p
r ⋅ 2 r = 2 r 2 = q r \cdot 2r = 2r^2 = q r ⋅ 2 r = 2 r 2 = q
Comme la somme = 6 :
3 r = 6 ⇒ r = 2 3r = 6 \Rightarrow r = 2 3 r = 6 ⇒ r = 2
Par conséquent :
p = − 3 r = − 6 p = -3r = -6 p = − 3 r = − 6
q = 2 r 2 = 2 ( 4 ) = 8 q = 2r^2 = 2(4) = 8 q = 2 r 2 = 2 ( 4 ) = 8
Réponse : p = − 6 p = -6 p = − 6 , q = 8 q = 8 q = 8
Formules de Viète généralisées
Pour l'équation cubique a x 3 + b x 2 + c x + d = 0 ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 a x 3 + b x 2 + c x + d = 0 avec les racines x 1 , x 2 , x 3 x_1, x_2, x_3 x 1 , x 2 , x 3 :
x 1 + x 2 + x 3 = − b a x_1 + x_2 + x_3 = -\frac{b}{a} x 1 + x 2 + x 3 = − a b
x 1 x 2 + x 2 x 3 + x 3 x 1 = c a x_1x_2 + x_2x_3 + x_3x_1 = \frac{c}{a} x 1 x 2 + x 2 x 3 + x 3 x 1 = a c
x 1 ⋅ x 2 ⋅ x 3 = − d a x_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{d}{a} x 1 ⋅ x 2 ⋅ x 3 = − a d
Erreurs courantes
❌ Erreur 1 : Mauvais signe pour la somme
Faux : x 1 + x 2 = b a x_1 + x_2 = \frac{b}{a} x 1 + x 2 = a b ✗
Correct : x 1 + x 2 = − b a x_1 + x_2 = -\frac{b}{a} x 1 + x 2 = − a b ✓
❌ Erreur 2 : Supposer que les racines sont réelles
Les formules de Viète fonctionnent même lorsque Δ < 0 \Delta < 0 Δ < 0 (racines complexes), mais de nombreuses applications nécessitent des racines réelles. Vérifiez toujours Δ ≥ 0 \Delta \geq 0 Δ ≥ 0 si nécessaire.
❌ Erreur 3 : Conditions incomplètes sur les racines
Pour « les deux racines positives » : il faut à la fois x 1 + x 2 > 0 x_1 + x_2 > 0 x 1 + x 2 > 0 et x 1 ⋅ x 2 > 0 x_1 \cdot x_2 > 0 x 1 ⋅ x 2 > 0 et Δ ≥ 0 \Delta \geq 0 Δ ≥ 0 .
Conseils d'étude
✅ Mémoriser le signe : la somme a un signe négatif, le produit non
✅ Apprendre les transformations courantes : x 1 2 + x 2 2 x_1^2 + x_2^2 x 1 2 + x 2 2 , 1 x 1 + 1 x 2 \frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} x 1 1 + x 2 1 , etc.
✅ Combiner avec le discriminant : pour les conditions de racines réelles
✅ Pratiquer les problèmes inverses : trouver l'équation à partir des racines
💡 Conseil pour l'examen : Les formules de Viète sont fréquemment testées au CSCA. Maîtrisez les transformations pour x 1 2 + x 2 2 x_1^2 + x_2^2 x 1 2 + x 2 2 et 1 x 1 + 1 x 2 \frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} x 1 1 + x 2 1 — elles apparaissent dans la plupart des problèmes !