Montrer que ⟨ P, Q ⟩ = Σₖ₌₀ⁿ P(k) Q(k) est un produit scalaire sur…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 15 — Espaces préhilbertiens réels · A. Produits scalaires
Énoncé
Montrer que est un produit scalaire sur .
Corrigé
Stratégie : trois axiomes gratuits, un quatrième qui est un théorème sur les polynômes. Tout l'exercice tient dans le caractère défini — et il ne se démontre pas par de l'algèbre bilinéaire, mais par le comptage des racines du chapitre 10.
a) Bilinéaire, symétrique, positive. L'application est linéaire (évaluation), donc est bilinéaire, et visiblement symétrique. Enfin comme somme de carrés de réels.
b) Défini — le cœur de l'exercice. Supposons . Une somme de carrés de réels est nulle si et seulement si chaque terme l'est : admet donc au moins racines distinctes. Or : si était non nul, il serait de degré et aurait au plus racines (chapitre 10). Contradiction. Donc .
⚠️ L'hypothèse « sur » n'est pas un décor : elle est l'exercice. Il faut strictement plus de points d'évaluation que le degré. Sur tout entier, la même formule n'est pas un produit scalaire : le polynôme est non nul et vérifie . Il n'y a pas là un défaut de rédaction : la forme est réellement dégénérée, et son noyau est l'idéal engendré par ce .
Contrôle, sur (points d'évaluation ).
- , non nul : , , donc ✓ — conforme au caractère défini.
- , de degré : il s'annule aux quatre points, donc alors que . Il n'appartient pas à : c'est exactement là que l'argument du b) cesserait de fonctionner ✓.
Ce que l'exercice installe. L'application est une isométrie de sur canonique : c'est la traduction, en langage euclidien, de l'interpolation de Lagrange (un polynôme de degré « est » la liste de ses valeurs). Orthonormaliser pour ce produit scalaire fournit les polynômes orthogonaux discrets, outil de base du lissage de données échantillonnées — la version discrète des polynômes de Legendre du n° 13.
Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre
Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.