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algebra难度:基础algebraquadraticvieta
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韦达定理wéidá dìnglǐ

Formules de Viète
4 分钟阅读
更新于 2025-01-24
已完成

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 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 avec les racines x1x_1 et x2x_2 :

x1+x2=bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a} (Somme des racines)

x1x2=cax_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} (Produit des racines)

Démonstration

À partir de la formule quadratique : x1=b+Δ2a,x2=bΔ2ax_1 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad x_2 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}

Somme : x1+x2=b+Δ2a+bΔ2a=2b2a=bax_1 + x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} + \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-2b}{2a} = -\frac{b}{a}

Produit : x1x2=(b+Δ)(bΔ)4a2=b2Δ4a2=b2(b24ac)4a2=4ac4a2=cax_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}

Applications importantes

1. Calculer des expressions sans résoudre

Calculer des expressions impliquant les racines sans déterminer leurs valeurs réelles.

Formules courantes : x12+x22=(x1+x2)22x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2

x13+x23=(x1+x2)33x1x2(x1+x2)x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1x_2(x_1 + x_2)

1x1+1x2=x1+x2x1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2}

(x1x2)2=(x1+x2)24x1x2(x_1 - x_2)^2 = (x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2

2. Construire des équations à partir des racines

Si α\alpha et β\beta sont les racines, l'équation du second degré est : x2(α+β)x+αβ=0x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0

Ou de manière équivalente : (xα)(xβ)=0(x - \alpha)(x - \beta) = 0

3. Déterminer le signe des racines

Sans résoudre, déterminer le signe des racines :

  • Les deux positives : x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 ET x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • Les deux négatives : x1+x2<0x_1 + x_2 < 0 ET x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • De signes opposés : x1x2<0x_1 \cdot x_2 < 0

Exercices pratiques CSCA

💡 Remarque : Les exercices suivants sont conçus selon le programme de l'examen CSCA.

Exemple 1 : Élémentaire (Difficulté ★★☆☆☆)

Si x1x_1 et x2x_2 sont les racines de x23x4=0x^2 - 3x - 4 = 0, trouvez x1+x2x_1 + x_2 et x1x2x_1 \cdot x_2.

Solution :

D'après les formules de Viète avec a=1a = 1, b=3b = -3, c=4c = -4 : x1+x2=31=3x_1 + x_2 = -\frac{-3}{1} = 3 x1x2=41=4x_1 \cdot x_2 = \frac{-4}{1} = -4

Réponse : Somme = 3, Produit = -4


Exemple 2 : Intermédiaire (Difficulté ★★★☆☆)

Si x1x_1 et x2x_2 sont les racines de 2x2+5x3=02x^2 + 5x - 3 = 0, trouvez x12+x22x_1^2 + x_2^2.

Solution :

D'après les formules de Viète : x1+x2=52,x1x2=32x_1 + x_2 = -\frac{5}{2}, \quad x_1 \cdot x_2 = -\frac{3}{2}

En utilisant l'identité : x12+x22=(x1+x2)22x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 =(52)22(32)= \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 2\left(-\frac{3}{2}\right) =254+3=254+124=374= \frac{25}{4} + 3 = \frac{25}{4} + \frac{12}{4} = \frac{37}{4}

Réponse : 374\dfrac{37}{4}


Exemple 3 : Avancé (Difficulté ★★★★☆)

Si x1x_1 et x2x_2 sont les racines de x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0, trouvez x1x2+x2x1\dfrac{x_1}{x_2} + \dfrac{x_2}{x_1}.

Solution :

D'après les formules de Viète : x1+x2=4,x1x2=1x_1 + x_2 = 4, \quad x_1 \cdot x_2 = 1

Simplifions l'expression : x1x2+x2x1=x12+x22x1x2\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{x_1^2 + x_2^2}{x_1 x_2}

Calculons d'abord x12+x22x_1^2 + x_2^2 : x12+x22=(x1+x2)22x1x2=162=14x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 = 16 - 2 = 14

Par conséquent : x1x2+x2x1=141=14\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{14}{1} = 14

Réponse : 1414


Exemple 4 : Avancé (Difficulté ★★★★☆)

Trouvez une équation du second degré à coefficients entiers dont les racines sont 2+32 + \sqrt{3} et 232 - \sqrt{3}.

Solution :

Somme des racines : α+β=(2+3)+(23)=4\alpha + \beta = (2 + \sqrt{3}) + (2 - \sqrt{3}) = 4

Produit des racines : αβ=(2+3)(23)=43=1\alpha \cdot \beta = (2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3}) = 4 - 3 = 1

L'équation est : x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0

Réponse : x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0


Exemple 5 : Avancé (Difficulté ★★★★★)

Si une racine de x2+px+q=0x^2 + px + q = 0 est le double de l'autre, et que la somme des racines vaut 6, trouvez pp et qq.

Solution :

Soient les racines rr et 2r2r.

D'après les formules de Viète :

  • r+2r=3r=pr + 2r = 3r = -p
  • r2r=2r2=qr \cdot 2r = 2r^2 = q

Comme la somme = 6 : 3r=6r=23r = 6 \Rightarrow r = 2

Par conséquent : p=3r=6p = -3r = -6 q=2r2=2(4)=8q = 2r^2 = 2(4) = 8

Réponse : p=6p = -6, q=8q = 8

Formules de Viète généralisées

Pour l'équation cubique ax3+bx2+cx+d=0ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 avec les racines x1,x2,x3x_1, x_2, x_3 :

x1+x2+x3=bax_1 + x_2 + x_3 = -\frac{b}{a} x1x2+x2x3+x3x1=cax_1x_2 + x_2x_3 + x_3x_1 = \frac{c}{a} x1x2x3=dax_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{d}{a}

Erreurs courantes

❌ Erreur 1 : Mauvais signe pour la somme

Faux : x1+x2=bax_1 + x_2 = \frac{b}{a}

Correct : x1+x2=bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a}

❌ Erreur 2 : Supposer que les racines sont réelles

Les formules de Viète fonctionnent même lorsque Δ<0\Delta < 0 (racines complexes), mais de nombreuses applications nécessitent des racines réelles. Vérifiez toujours Δ0\Delta \geq 0 si nécessaire.

❌ Erreur 3 : Conditions incomplètes sur les racines

Pour « les deux racines positives » : il faut à la fois x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 et x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0 et Δ0\Delta \geq 0.

Conseils d'étude

  1. Mémoriser le signe : la somme a un signe négatif, le produit non
  2. Apprendre les transformations courantes : x12+x22x_1^2 + x_2^2, 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2}, etc.
  3. Combiner avec le discriminant : pour les conditions de racines réelles
  4. 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 x12+x22x_1^2 + x_2^2 et 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} — elles apparaissent dans la plupart des problèmes !