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ExerciceC 76 : Commençons par des définitions :

– SoitP le plan euclidienR2 et B ={(0,0),(1,0)} , un pointM du plan est constructible à la règle et au compas si il existe des points du planM1, M2, . . . , Mn=M tels que pour touti, en posant Ei =B ∪ {M1, M2, . . . , Mi1}, Mi est un point d’intersection soit :

*) De deux droites passant chacune par deux points distincts de Ei.

*) De deux cercles chacun centré en un point de Ei, et de rayon égal à la distance entre deux points de Ei.

*) D’un cercle centré en un point de Ei, et de rayon égal à la distance entre deux points deEi et d’une droite passant par deux points distincts de Ei.

– Une droite est constructible si elle passe par deux points constructibles.

– Un cercle est constructible si son centre est constructible et son rayon est la distance entre deux points constructibles.

– Un réelx est constructible si(x,0)est constructible. On note C, l’ensemble des réels constructibles.

Des applications immédiates, montrer que a. (1,0)est constructible.

b. (0,1)est constructible.

c. (0, y) est constructible ssiy est constructible.

d. La droite orthogonale à une droite constructible et passant par un point constructible est constructible.

e. La droite parallèle à une droite constructible et passant par un point constructible est constructible.

f. Le milieu de deux points constructibles est constructible.

ExerciceC 77 : Une partie K de R, est un sous corps de Rsi : C1 : 1∈K.

C2 : a, b∈K ⇒a+b ∈K.

C3 : a∈K ⇒ −a∈K. C4 : a, b∈K ⇒ab∈K.

C5 : a∈K\ {0} ⇒ 1a ∈K.

a. Montrer que tout sous corps de R contient 0.

b. Montrer queC est un sous corps de R.

c. Montrer qu’un sous corps de Rest un sous groupe additif de R. d. Soit K un sous corps de R, montrer que K contient Z, puis Q.

e. Soient K1 et K2 deux sous corps de R, montrer que K1∩K2 est un sous corps de R. ExerciceC 78 :

a. Soit a un réel supérieur à12, constructible, en considérant le cercle de diamètre [(0,0),(a+ 1,0)], montrer que

2a+ 1 est constructible.

b. Montrer queC est stable par passage à la racine carrée, c’est-à-dire que : a∈C R+ ⇒√

a∈C

c. Soient a, b, ctrois réels constructibles, a étant non nul. Montrer que si α est une racine réelle de ax2+bx+c, alors α∈C.

Exercice 79 : Soit K un sous corps de R, R est un espace vectoriel sur le corps K (on parle alors deK−espace vectoriel , c’est à dire que les scalaires sont les éléments de K et les vecteurs sont les réels. Supposons queK =Q, montrer que 37 et 65 sont deux vecteurs liés, puis que

21 et 37 sont deux vecteurs libres. Les familles suivantes sont-elles Q−libres (π,57π), (π+ 1, π+ 2), (π+ 1, π+ 2, π+ 3)?

ExerciceF C 80 : Soit L un sous corps de R et K un sous corps de R contenant L, montrer queK est un sousL−espace vectoriel de R. SiK est un espace vectoriel de dimension fini sur L, on note[K :L] la dimension deK vu commeL espace vectoriel.

ExerciceC 81 : Soit K un sous corps de R, et a un réel, on note K(a) le plus petit sous corps deR tel que K ⊂K(a) eta ∈K(a). C’est l’intersection de tous les sous corps de R qui ont ces propriétés. On poseE =Q(

2), et L=vectQ(1,

2) ={a+b√

2/a, bQ}. a. Montrer queL⊂Q(

2).

b. Montrer queL est un sous corps de R.

6) est une familleQ-libre.

b. Montrer que(1,

2)-libre, pour cela on montrera par l’absurde que

36∈Q( 2).

d. Montrer que(1, 2,

3,

6)est une famille Q-libre.

ExerciceC 83 : Soit K un sous corps deR etα un réel n’appartenant pas àK tel queα2 ∈K, montrer en vous inspirant de l’exercice 81 que [K(α) : K] = 2. En déduire que si β est un réel n’appartenant pas à K, solution d’une équation du second degré à coefficient dans K, alors [K(β) :K] = 2.

(2) Montrer que ϕx est injective.

(3) Montrer qu’il existe y∈L tel que xy= 1.

d. Déduire de la question précédente que L est un sous corps de R. e. Montrer queL=Q(3

2).

f. Montrer que (1,3

2) est une familleQ-libre.

g. En supposant qu’il existe des rationnels a, b vérifiant 3

4 =a+b√3

Exercice 85 : Montrer que Q(e) est unQ-espace vectoriel de dimension infini.

Exercice 86 : SoitK un sous corps de R,P un polynôme à coefficient dansK, et a une racine réelle de P. On posen =deg(P) etL=vectK(1, a, a2, . . . , an1).

a. Rappeler le théorème de division euclidienneR des polynômes à coefficients réels. Effectuer la division euclidienne de X4+ 4X3 1 par (X+ 1)2.

b. Montrer queL est stable par multiplication.

c. Soit x∈L\ {0}, posons

ϕx : L L y 7→ xy (1) Montrer que ϕx est K-linéaire.

(2) Montrer que ϕx est injective.

(3) Montrer qu’il existe y∈L tel que xy= 1.

d. Montrer queL est un sous corps de R. e. Montrer queK(a) =L.

Exercice 87 :

a. Soit K un sous corps de R, et Lun sous espace vectoriel de R sur le corps K. En vous inspirant des exercices précédents, montrer que si Lest stable pour le produit alors Lest un sous corps de R.

b. Soit M ={x∈R/∃N N,∃a0, a1, . . . , aN Q, x=a0+a1e+a2e2+. . . aNeN}, montrer que M est un sous espace vectoriel stable pour le produit mais n’est pas un sous corps de R.

3), et on s’inspirera des exercices précédents.

Exercice 89 : Soit K un sous corps de R, a un nombre algébrique sur K. On dit que a est de base de K(a) vu commeK espace vectoriel.

c. Montrer que

a. Montrer que la famille de mn vecteurs : (eifj)i,j est une famille génératrice de N comme L-espace vectoriel.

b. Montrer que la famille de mn vecteurs : (eifj)i,j est une famille libre comme L-espace vectoriel.

a. On va montrer par l’absurde que

56∈H, on suppose qu’il existe des rationnels a et b tels que

5 =a+b√ 2.

(1) Montrer que 5 =a2+ 2b2+ 2 2ab.

(2) Montrer avec rigueur, en utilisant le fait que(1,

2)est une Q-base de H, que

b. Montrer quea est racine d’un polynôme de degré 2 à coefficient dans K.

c. Soit L0, L1, . . . , Ln une suite de sous corps de R tels que [Li :Li1] = 2 pour tout i, et L0 =Q. Montrer par récurrence que Ln⊂C (On pourra utiliser l’exercice 78).

Exercice 93 : Soient K un sous corps de R, xA, yA, xB, yB, xC, yC, xD, yD, xE, yE, xF, yF ∈K A= (xA, yA), B = (xB, yB), C = (xC, yC), D = (xD, yD), E = (xE, yE), des points distincts deux à deux, tels que les droites (AB)et (CD)ne soient pas parallèles.

a. Montrer que la droite (AB) possède une équation de la forme αx+βy +γ = 0 avec α, β, γ ∈K.

b. Montrer que le cercle de centre A et de rayon BC, possède une équation de la forme x2+y2+ρx+σy+τ = 0 avec ρ, σ, τ ∈K.

c. Montrer que les coordonnées du point d’intersection de la droite (AB)et de la droite (CD) appartiennent à K.

d. En supposant qu’il existe, notonsG= (xG, yG) un point d’intersection de la droite (AB) et du cercle de centre C et de rayon DE, montrer que sixG ouyG n’appartient pas à K alors [K(xG, yG) :K] = 2 (on pourra utiliser l’exercice 83).

e. En supposant qu’il existe, notonsH = (xH, yH) un point d’intersection du cercle de centre A et de rayon BC, et du cercle de centre D et de rayon EF, montrer que sixH ou yH n’appartient pas à K alors [K(xH, yH) :K] = 2 (on pourra se ramener à la question précédente).

f. Déduire des questions précédentes que si t∈C il existe une suite de sous corps de R : L0 =Q, L1, . . . , Ln tels que [Li :Li1] = 2 pour touti, et t ∈Ln.

g. On a donc montré le théorème de Wandzel : Soit t R, t est constructible ssi il existe une suite de sous corps de R, L0, L1, . . . , Ln tels que L0 =Q, [Li :Li1] = 2 pour tout i, et t ∈Ln.

Exercice 94 : Soit t R, montrer que si t est constructible alors il existe m N tel que [Q(t) :Q] = 2m.

Exercice 95 : En admettant que π est transcendant montrer que la quadrature du cercle n’a pas de solution. C’est à dire que l’on ne peut pas construire à la règle et au compas un carré dont l’aire est égale à l’aire d’un cercle de rayon 1.

Exercice 96 : Montrer que le problème de la duplication du cube n’a pas de solution à la règle et au compas. C’est à dire qu’étant donné un cube de coté 1, il n’est pas possible de construire à la règle et au compas le coté d’un cube dont le volume est double du cube de départ.

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