Résolution des équations de degré 5

L'exposé de maîtrise suivant a été présenté par Gaël Benabou et moi-même en mai 1998. Le sujet a été proposé par Yves Laszlo.

Le texte complet

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Résumé

Introduction

Il est bien connu que l'on peut résoudre les équations de degré inférieur ou égal à quatre en utilisant les opérations habituelles +, -, *, / et racine nième.

Cela est cependant impossible pour les équations de degré 5 ou plus. On se propose donc de présenter une méthode de résolution des équations de degré 5, en ajoutant aux opérations précédentes une nouvelle classe de fonctions : des fonctions elliptiques.

Équations de degré 3 et 4, théorie de Galois

Dans cette partie, on rappelle le résultat de Galois qui montre l'irrésolubilité des équations de degré 5, et on présente la méthode de résolution des équations de degré 3 et 4 (méthodes de Cardan et Lagrange). On retrouvera des points communs pour le degré 5 : division des périodes, fonction prenant peu de valeurs par permutation des racines du polynôme...

Fonctions elliptiques

Ici, on décrit les fonctions elliptiques comme généralisation des fonctions exponentielle et logarithme. On considère en effet les fonctions de C dans C de la forme suivante, ainsi que leurs réciproques :

primitive de 1/sqrt(P(x))

P est un polynôme.

On explique ensuite le lien entre fonctions elliptiques et fonctions doublement périodiques. Ensuite, le fait que ces fonctions soient méromorphes permet d'obtenir un certain nombre de relations, qui permettront dans la partie suivante de résoudre une certaine classe d'équations de degré 6.

Méthode de résolution de l'équation générale de degré 5

On peut alors exposer les étapes de la résolution d'une équation générale de degré cinq. L'idée est de se ramener progressivement à des équations de plus en plus simples (même si la dernière est de degré 6, elle est suffisamment particulière pour qu'on sache la résoudre).

Équation générale
X5 + A X4 + B X3 + C X2 + D X + E = 0
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Transformation de Tschirnhausen
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Équation principale
z5 + 5 a z2 + 5 b z + c = 0
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Polynômes de polyèdres
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Équation de Brioschi
y5 - 10 Z y3 + 45 Z2 y - Z2 = 0
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Théorème de Perron
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Équation de Jacobi
s6 + (10/a) s3 - 12 (g2/a2) s + 5 / a2 = 0
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Fonctions de Weierstrass - Evaluation de périodes


La transformation de Tschirnhausen consiste grosso modo à effectuer un changement de variable permettant de réduire le nombre de coefficients qui interviennent dans l'équation.

Ensuite, l'utilisation des polynômes de polyèdres (qui utilise les propriétés de l'icosaèdre régulier, i.e. le polyèdre régulier à 20 faces) permet de se ramener à une autre forme d'équation de degré 5.

Enfin, le théorème de Perron, qui utilise encore des propriétés de l'icosaèdre, nous donne exactement l'équation de degré 6 que l'on sait résoudre à l'aide des fonctions elliptiques.


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