X-Git-Url: https://bilbo.iut-bm.univ-fcomte.fr/and/gitweb/cours-maths-dis.git/blobdiff_plain/53d3f77238e8e3cb2ff74399bf23d74402d3550a..dafee37d094618450f1cc0528e013ddfbcb7f32e:/arithmetique/entiersNaturels.tex?ds=sidebyside diff --git a/arithmetique/entiersNaturels.tex b/arithmetique/entiersNaturels.tex index 0860dba..dfe6439 100755 --- a/arithmetique/entiersNaturels.tex +++ b/arithmetique/entiersNaturels.tex @@ -1,6 +1,6 @@ \section{Principe de récurrence } -Pour démontrer par \emp{récurrence} +Pour démontrer par \emph{récurrence} \index{récurrence!restreinte} qu'une propriété $P(n)$ est vraie quel que soit l'entier $n \ge n_0$, on procède en deux étapes: @@ -15,7 +15,7 @@ l'entier $n \ge n_0$. Une variante consiste à remplacer l'étape~\ref{itm:2} pa \item[2 bis.] on suppose que $P(k)$ est vraie pour tout $k$ compris entre $n_0$ et $n$, et on démontre que $P(n+1)$ est vraie. \end{enumerate} -Ceci se déduit du fait que $\Nat$ est un ensemble complètement ordonné. +Ceci se déduit du fait que $\N$ est un ensemble complètement ordonné. \begin{Exo} @@ -27,19 +27,19 @@ Ceci se déduit du fait que $\Nat$ est un ensemble complètement ordonné. \end{Exo} -\begin{Exo} -On souhaite calculer $S_1(n) = 1+2+...+n$. -\begin{enumerate} -\item Cherchez un bon candidat $S_1(n)$ pour cette formule. -\begin{itemize} -\item On pourra chercher un lien logique entre $S_1(1), S_1(2), S_1(3), S_1(4), ...$ -\item On pourra aussi faire le lien avec les suites arithmétiques. -\item Ou encore, retrouver la méthode de Gauss : $S = 1+2+...+n$, et $S = n+(n-1)+...+2+1$. Si on somme ces deux expressions... -\end{itemize} -\item Prouvez, par récurrence, que la somme est bien égale à ce candidat. -\item Quelle est la \og forme \fg{} de ce candidat (fonction tangente ? polynôme ?) -\end{enumerate} -\end{Exo} +% \begin{Exo} +% On souhaite calculer $S_1(n) = 1+2+...+n$. +% \begin{enumerate} +% \item Cherchez un bon candidat $S_1(n)$ pour cette formule. +% \begin{itemize} +% \item On pourra chercher un lien logique entre $S_1(1), S_1(2), S_1(3), S_1(4), ...$ +% \item On pourra aussi faire le lien avec les suites arithmétiques. +% \item Ou encore, retrouver la méthode de Gauss : $S = 1+2+...+n$, et $S = n+(n-1)+...+2+1$. Si on somme ces deux expressions... +% \end{itemize} +% \item Prouvez, par récurrence, que la somme est bien égale à ce candidat. +% \item Quelle est la \og forme \fg{} de ce candidat (fonction tangente ? polynôme ?) +% \end{enumerate} +% \end{Exo} \begin{Exo} @@ -51,7 +51,7 @@ On souhaite calculer $S_2(n) = 1^2+2^2+...+n^2$. \item Ou encore, \begin{itemize} \item Regardez la forme de $S_0(n) = 1^0+2^0+...+n^0$, et de $S_1(n) = 1^1+2^1+...+n^1$ -\item Interpolez la formule pour $S_2(n)$. On pourra imaginer que $S_2(n)$ est toujours un polynôme en $n$. Quel serait son degré le plus probable ? Quelle en serait donc la forme ? On aura à déterminer les coefficients intervenant dans ce polynôme. Pour ce faire, il suffit de considérer que cette formule doit convenir pour n=1, 2, etc. +\item Extrapolez la formule pour $S_2(n)$. On pourra imaginer que $S_2(n)$ est toujours un polynôme en $n$. Quel serait son degré le plus probable ? Quelle en serait donc la forme ? On aura à déterminer les coefficients intervenant dans ce polynôme. Pour ce faire, il suffit de considérer que cette formule doit convenir pour n=1, 2, etc. \end{itemize} \end{itemize} \item Démontrez, par récurrence, que l'on a bien égalité entre $1^2+2^2+...+n^2$ et votre candidat. @@ -59,18 +59,18 @@ On souhaite calculer $S_2(n) = 1^2+2^2+...+n^2$. \end{Exo} \begin{Exo} -Poursuivre le raisonnement pour $S_3(n)$. Cette méthode permet-elle de calculer $S_k(n), \forall k,n$ ? +Poursuivre le raisonnement pour $S_3(n)$. Cette méthode permet-elle de calculer $S_k(n)$ pour tout $k$ et $n$ dans $\N$? \end{Exo} \begin{Exo} -Montrer que $\forall n \in \N$, 7 divise $3^{2n+1}+2^{n+2}$. +Montrer que pour tout $n \in \N$, 7 divise $3^{2n+1}+2^{n+2}$. \end{Exo} \begin{Exo} -Soit $(u_n)_{n \in \N}$ une suite réelle telle que $\forall n \in \N$, +Soit $(u_n)_{n \in \N}$ une suite réelle telle que pour tout $ n \in \N$, $$u_{n+2}-5u_{n+1}+6u_n = 0$$ -Montrez qu'il existe $\alpha, \beta \in \N$ tels quel $\forall n \in \N, u_n = \alpha 3^n + \beta 2^n$. +Montrez qu'il existe $\alpha, \beta \in \N$ tels quel pour tout $ n \in \N, u_n = \alpha 3^n + \beta 2^n$. \end{Exo} @@ -87,9 +87,9 @@ Montrer que $\forall m,n \in \N^*, \forall r \in \N, m^{2r+1}+n^{2r+1}$ est divi Si un entier $n$ peut s'écrire sous la forme $n=pq$, où $p$ et $q$ sont des entiers, on dit que $n$ est un \emph{multiple} \index{multiple} de $p$ et que $p$ est un \emph{diviseur}\index{diviseur} de $n$. +On écrit aussi $p \mid n$ pour $p$ divise $n$. \end{Def} - \begin{Exo} Soit $m = 2^3 * 5 * 7^2 * 13^3$. Combien le nombre $m$ a-t-il de diviseurs naturels ? \end{Exo} @@ -101,9 +101,9 @@ Un \emph{nombre premier}\index{nombre!premier} est un nombre entier strictement \end{Def} -\begin{Ex} +\begin{Exo} Ainsi, le plus petit nombre premier (et le seul qui soit pair) est 2. -\end{Ex} +\end{Exo} \begin{Th} Il existe une infinité de nombres premiers. @@ -121,7 +121,7 @@ Il existe une infinité de nombres premiers. \begin{Def}[Décomposition en facteurs premiers] L'écriture d'un entier $n$ sous la forme $n=a^{\alpha}b^{\beta}c^{\gamma}\ldots$, où $a\vir b\vir c\vir\ldots$ sont les diviseurs premiers distincts de $n$ et où les exposants $\alpha\vir\beta\vir\gamma\vir\ldots$ sont tels que, par exemple, $n$ est divisible par $a^{\alpha}$ mais pas par $a^{\alpha+1}$ s'appelle la \emph{décomposition en facteurs premiers} \index{décomposition en facteurs premiers} de $n$. -On dit que les exposants $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, \ldots sont les ordres de multiplicité des diviseurs $a$, $b$, $c$, \ldots) +On dit que les exposants $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, \ldots sont les ordres de multiplicité des diviseurs $a$, $b$, $c$, \ldots \end{Def} @@ -143,32 +143,34 @@ La décomposition d'un entier en ses facteurs premiers est unique. \subsection{Relation de divisibilité} Dans le chapitre sur les relations entre ensembles, -on a vu la relation binaire de \og divisibilité\fg{} définie dans $\Net$. -Cette relation est une relation d'ordre partielle: -il existe des paires d'entiers non comparables par cette relation. +on a vu que la relation binaire de \og divisibilité\fg{} (notée $\mid$) +définie dans $\Net$. +est une relation d'ordre. +Or 6 ne divise pas 14 et 14 ne divise pas 6. +Ces deux entiers ne sont donc pas comparables. +Cet ordre n'est donc que partiel. -\begin{Ex} -3 ne divise pas 7 et 7 ne divise pas 3. -Ces deux entiers ne sont donc pas comparables du point de vue de la divisibilité. -\end{Ex} +Cependant 2 divise 6 et 14. C'est le plus grand des minorants de 6 et 14 +selon cette relation. C'est donc la borne inférieure. +De même 6 divise 42 et 14 aussi. C'est le plus petit des majorants de 6 et 14 +selon cette relation. C'est donc la borne supérieure. +Chaque couple d'entiers a donc une borne inférieure et une borne supérieure. -Cet ordre n'est donc que partiel, mais il existe, pour chaque -couple d'entiers distincts, une borne inférieure et une borne supérieure. -Cette relation engendre donc un treillis. \begin{Def}[PGCD, PPCM] -Tout ensemble fini de nombres entiers strictement positifs admet une borne sup et une borne inf pour la relation de divisibilité. - -Cette borne inférieure et cette borne supérieure sont respectivement appelées \emph{plus grand commun diviseur}\index{plus grand commun diviseur} \index{PGCD} et \emph{plus petit commun multiple} \index{PPCM} \index{plus petit commun multiple} de ces deux entiers. +Tout ensemble fini de nombres entiers strictement positifs admet +une borne supérieure +et une borne inférieure pour la relation de divisibilité. +Cette borne inférieure et cette borne supérieure sont respectivement appelées \emph{plus grand commun diviseur (PGCD)} \index{plus grand commun diviseur} \index{PGCD} et \emph{plus petit commun multiple (PPCM)} \index{PPCM} \index{plus petit commun multiple} de ces deux entiers. + +Pour $a$ et $b$ dans $\N$, +$\textit{PGCD}(a,b)$ et +$\textit{PPCM}(a,b)$ et +sont respectivement notés $a\et b$ et $a\ou b$. \end{Def} -\begin{Notation} -Ils sont respectivement notés $a\et b$ et $a\ou b$. -\end{Notation} - - -\begin{Def} +\begin{Def}[Nombres premiers entre eux] Deux nombres entiers strictement positifs $a$ et $b$ sont dits \emph{premiers entre eux} lorsque $a\et b=1$. \end{Def} @@ -176,7 +178,7 @@ Deux nombres entiers strictement positifs $a$ et $b$ sont dits \emph{premiers en \begin{Exo}[Nombres de Fermat] -On appelle nombres de Fermat les nombres de la forme $2^{2^p}+1$. +Pour $p \in \N$, on appelle nombres de Fermat les nombres de la forme $2^{2^p}+1$. \begin{enumerate} \item Montrer que, pour que $2^n+1$ soit premier, il faut que $n$ soit une puissance de 2. @@ -192,48 +194,46 @@ On appelle nombres de Fermat les nombres de la forme $2^{2^p}+1$. -\section{Algorithmes d'Euclide et applications} +\section{Algorithmes d'Euclide et applications}\index{algorithme!d'Euclide} -\subsection{PGCD de deux entiers} +Par définition, le PGCD de $a$ non nul avec +0 est $a$ (défintion raisonnable, car 0 +est divisible par tout entier non nul, donc par $a$, qui l'est aussi par $a$) +et enfin le PGCD de 0 et de 0 n'est pas +défini. -On a vu plus haut la justification de l'existence du PGCD de deux nombres strictement positifs par comparaison de leurs décompositions en facteurs premiers.\\ -Par définition, le PGCD de $a$ non nul avec 0 est $a$ (défintion raisonnable, car 0 est divisible par tout entier non nul, donc par $a$, qui l'est aussi par $a$) et enfin le PGCD de 0 et de 0 n'est pas -défini. +L'algorithme consistant à comparer les décompositions en facteurs +premiers n'est pas efficace, la découverte de diviseurs de nombres +très grands est un problème difficile dont nous reparlerons plus loin. -Il est possible de considérer des nombres négatifs (bien que ce soit sans grand intérêt dans les applications pratiques), mais le PGCD est celui des valeurs absolues.\\ -L'algorithme consistant à comparer les décompositions en facteurs premiers n'est pas efficace, la découverte de diviseurs de nombres très grands est un problème difficile dont nous reparlerons plus loin. -\subsection{Algorithme d'Euclide} -\subsubsection{Algorithme} -\index{algorithme!d'Euclide} -On se limite ici au cas de deux entiers $a$ et $b$ strictement positifs. \\ -\noindent Supposons par exemple $a>b$... +On se limite ici au cas de deux entiers $a$ et $b$ strictement positifs. Supposons par exemple $a>b$ \begin{enumerate} \item La division euclidienne de $a$ par $b$ peut s'écrire $a=bq+r$ avec $0\infeg r