X-Git-Url: https://bilbo.iut-bm.univ-fcomte.fr/and/gitweb/cours-maths-dis.git/blobdiff_plain/80079fdbe496fad2aa3c13e5fb5943f0eca61858..11feb823ac14af10bbfd2e14b897a46b1b3d8b15:/arithmetique/entiersNaturels.tex?ds=sidebyside diff --git a/arithmetique/entiersNaturels.tex b/arithmetique/entiersNaturels.tex index 945a103..4f3126e 100755 --- a/arithmetique/entiersNaturels.tex +++ b/arithmetique/entiersNaturels.tex @@ -64,10 +64,6 @@ On souhaite calculer $S_2(n) = 1^2+2^2+...+n^2$. % \end{Exo} -\begin{Exo} -Montrer que pour tout entier naturel $n$, 3 divise $4^n -1$. -\end{Exo} - \begin{Exo} Soit la suite $(U_n)_{n\in \N}$ définie par $U_n = 3^{2n+1} + 2^{n+2} $. \begin{enumerate} @@ -78,15 +74,21 @@ des multiples de $7$. \end{enumerate} \end{Exo} -% \begin{Exo} -% 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 pour tout $ n \in \N, u_n = \alpha 3^n + \beta 2^n$. -% \end{Exo} -% \begin{Exo} -% Montrer que $\forall m,n \in \N^*, \forall r \in \N, m^{2r+1}+n^{2r+1}$ est divisible par $m+n$. -% \end{Exo} + +\begin{Exo} +Montrer que pour tout entier naturel $n$, 3 divise $4^n -1$. +\end{Exo} + +\begin{Exo} +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 pour tout $ n \in \N, u_n = \alpha 3^n + \beta 2^n$. +\end{Exo} + +\begin{Exo} +Montrer que $\forall m,n \in \N^*, \forall r \in \N, m^{2r+1}+n^{2r+1}$ est divisible par $m+n$. +\end{Exo} @@ -115,22 +117,6 @@ Un \emph{nombre premier}\index{nombre!premier} est un nombre entier strictement Ainsi, le plus petit nombre premier (et le seul qui soit pair) est 2. \end{Exo} -\begin{Th} -Il existe une infinité de nombres premiers. -\end{Th} - -\begin{Exo}[Nombres premiers en quantité infinie] -Supposons comme hypothèse que l'ensemble des nombres premiers $\{ p_1, p_2, p_3 \ldots p_{n-1}, p_n \}$ est de cardinalité finie $n$. -On construit le nombre $N = p_1. p_2. p_3. \ldots .p_{n-1}. p_n +1$. -\begin{enumerate} -\item Montrer que d'après l'hypothèse, il existe un nombre premier $q$ tel que - $N$ est un multiple de $q$. -\item Montrer cependant que $N$ n'est pas un multiple de $p_1$. Idem pour $p_2$, \ldots $p_n$. -\item En déduire que $q$ est un nombre premier différent de $p_1$, de $p_2$, \ldots de $p_n$. -\item En déduire une contradiction dans l'hypothèse. -\end{enumerate} -\end{Exo} - @@ -142,12 +128,14 @@ On construit le nombre $N = p_1. p_2. p_3. \ldots .p_{n-1}. p_n +1$. + + %\subsection{Décomposition en facteurs 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 \begin{itemize} \item $a$, $b$, $c$, \ldots sont des nombres premiers distincts -deux à deux tels que $a < b < c < ldots$; +deux à deux tels que $a < b < c <\ldots$; \item les exposants $\alpha$, $\beta$, $\gamma$ sont des entiers naturels non nuls; \end{itemize} @@ -167,9 +155,28 @@ La décomposition d'un entier en ses facteurs premiers est unique. \'Ecrivez les nombres 3850 et 1911 sous forme de produits de nombres premiers. \end{Exo} + + + %\noindent Réponses : $2*5^2*7*11$ et $3*7^2*13$. +\begin{Th} +Il existe une infinité de nombres premiers. +\end{Th} + +\begin{Exo}[Nombres premiers en quantité infinie] +Supposons comme hypothèse que l'ensemble des nombres premiers $\{ p_1, p_2, p_3 \ldots p_{n-1}, p_n \}$ est de cardinalité finie $n$. +On construit le nombre $N = p_1. p_2. p_3. \ldots .p_{n-1}. p_n +1$. +\begin{enumerate} +\item Montrer que d'après l'hypothèse, il existe un nombre premier $q$ tel que + $N$ est un multiple de $q$. +\item Montrer cependant que $N$ n'est pas un multiple de $p_1$. Idem pour $p_2$, \ldots $p_n$. +\item En déduire que $q$ est un nombre premier différent de $p_1$, de $p_2$, \ldots de $p_n$. +\item En déduire une contradiction dans l'hypothèse. +\end{enumerate} +\end{Exo} + %\subsection{Relation de divisibilité} @@ -220,9 +227,15 @@ Deux nombres entiers strictement positifs $a$ et $b$ sont dits \emph{premiers en Pour $p \in \N$, on appelle nombres de Fermat les nombres de la forme $F_p = 2^{2^p}+1$. \begin{enumerate} +\item Question préliminaire: montrer que les deux égalités suivantes sont établies: +\begin{enumerate} +\item $x^n- 1 = (x-1)(x^{n-1}+x^{n-2}+\ldots+ x + 1)$ pour tout entier naturel $n$ strictement positif. +\item $x^n+ 1 = (x+1)(x^{n-1}-x^{n-2}+\ldots \pm x \mp 1)$ pour tout entier naturel $n$ impair +\end{enumerate} + \item Montrer que, pour que $2^n+1$ soit premier, il est nécessaire - que $n$ soit une puissance de 2. + que $n$ soit une puissance de 2. \item Pour montrer que ce n'est pas suffisant, vérifier que $F_5$ est divisible par 641. @@ -231,7 +244,7 @@ $F_p = 2^{2^p}+1$. \item En déduire que $F_p$ et $F_{p+k}$ sont premiers entre eux. -%\item En déduire qu'il existe une infinité de nombres premiers. + \end{enumerate} \end{Exo} @@ -581,7 +594,7 @@ $405x -120y =15$. \end{Exo} \begin{Exo} - On considère l'équation $\frac{x}{0}-\frac{y}{4}=3$ où $x$ et $y$ sont des entiers naturels. + On considère l'équation $\frac{x}{9}-\frac{y}{4}=3$ où $x$ et $y$ sont des entiers naturels. \begin{enumerate} \item Montrer que cela implique qu'il existe $k \in \N$ tel que $x= 9(k+ 3)$ et $y=4k$. @@ -629,86 +642,6 @@ pièces chacune. Combien pouvait-il y avoir d’hommes et de femmes dans le groupe? \end{Exo} - -\section{Représentation des nombres entiers} - - - -\begin{Def}[Principe de la numération de position] -\index{Principe de la numérotation de position} -Il consiste à choisir une base $b$ de numération, et $b$ symboles qui constitueront les chiffres dans la représentation d'un entier positif en base $b$. -Celle-ci s'écrira alors -$$n=n_{p}b^p+n_{p-1}b^{p-1}+\cdots+n_{1}b^1+n_{0}$$ - -Cette écriture est abrégée en ${\left(\overline{n_{p}n_{p-1}\ldots n_{0}}\right)}_{b}$. -\end{Def} - -En informatique, on utilise couramment les bases 2, 8 et 16. - - - - - -L'algorithme pour obtenir la représentation en base $b$ d'un entier est : - -\begin{enumerate} - \item Effectuer la division euclidienne de cet entier par $b$, division qui donne un premier quotient et un premier reste. - \item Le quotient est à sont tour divisé par $b$ pour donner un second quotient et un second reste, et ainsi de suite jusqu'à obtenir un quotient nul. -\item Les restes successifs (tous strictement inférieurs à $b$), et en commençant par le dernier, constituent la représentation en base $b$ de l'entier donné. -\end{enumerate} - -\begin{Exo} -Donner la représentation de 23 en base 2. -\end{Exo} - - - -\begin{Exo}[Numération, changements de base] -\begin{enumerate} -\item Chercher les entiers dont le carré a, en représentation décimale, -le même chiffre pour les dizaines et les unités. -\item On pose $a=2p-1$, $b=2p+1$, $c=2p+3$; trouver l'entier $p$ de manière que $a^2+b^2+c^2$ soit de la forme $\sur{xxxx}_{10}$. -\item L'entier $n$ s'écrit $\sur{341}_{10}$ et $\sur{2331}_a$. Trouver $a$. -\item Montrer que, dans toute base $b$ supérieure ou égale à 3, l'entier qui s'écrit $\sur{11211}_b$ n'est pas premier. -\item Soit $n\geqslant 7$. Donner l'écriture de $(n+1)^4$ en base $n$. -\end{enumerate} -\end{Exo} - - - -\begin{Exo}[Développement décimal] -On considère le nombre réel $x$ dont le dé\-ve\-lop\-pe\-ment décimal s'écrit $x=0,012\ 345\ 679\ 012\ 345\ 679\ \ldots\ \ldots\ \ldots$ (la séquence $012\ 345\ 679$ est reproduite indéfiniment). Ce développement décimal est périodique, de période 9. -\begin{enumerate} -\item Montrer que $x$ -vérifie une équation de la forme $10^kx=n+x$, où $k$ et $n$ sont -des entiers à déterminer. En résolvant cette équation, -montrer que $x$ est un nombre rationnel, et le mettre sous la forme -$x= \fr pq$ , où $p$ et $q$ sont premiers entre eux. -\item Appliquer -la même méthode au ``nombre" $y$ dont le développement -décimal est $y= 0,999\ 999\ 999\ 999\ \ldots$ (périodique de période -1). Quelle conclusion peut-on en tirer? -\item Démontrer que tout nombre réel dont le développement -décimal est fini ou périodique à partir d'un certain rang -est un nombre rationnel. -\item Réciproquement, on se propose de démontrer que le -développement décimal de tout nombre rationnel est fini ou -périodique à partir d'un certain rang. Pour cela, on -considère un rationnel $x=\fr pq$ , avec $q>0$, $p\in -\Z$, $p$ et $q$ premiers entre eux, et on étudiera successivement -les cas suivants: -\begin{itemize} -\item $x$ est entier (c'est à dire $q=1$). -\item $x$ est rationnel non entier, et $q$ est premier avec 10 (On -pourra montrer que, si $q$ est premier avec 10, il existe un entier -$k$, non nul, tel que $10^k\equiv 1\ [q]$). -\item $x$ est rationnel non entier, mais $q$ n'est pas premier avec 10. -\end{itemize} -\end{enumerate} - -\end{Exo} - - \section{Arithmétique modulo $n$} On rappelle ici la définition de la relation dite de \og congruence modulo n\fg{} définie dans $\Z$ étudiée dans le chapitre consacré aux relations entre ensembles. @@ -925,11 +858,92 @@ Quel est le plus petit nombre de pièces d'or qu'il espère lorsqu'il décide d' \begin{Exo} -Un nombre \og pseudo-premier de base $b$ \fg{}\index{pseudo-premier} est un entier naturel non premier $p$ tel que $(b^p-b) mod p = 0$. +Un nombre \og pseudo-premier de base $b$ \fg{}\index{pseudo-premier} est un entier naturel non premier $p$ tel que $(b^p-b) \mod p = 0$. Vérifier que 561 est pseudo-premier de base 3 et que 341 est pseudo-premier de base 2. \end{Exo} + +\section{Représentation des nombres entiers} + + + +\begin{Def}[Principe de la numération de position] +\index{Principe de la numérotation de position} +Il consiste à choisir une base $b$ de numération, et $b$ symboles qui constitueront les chiffres dans la représentation d'un entier positif en base $b$. +Celle-ci s'écrira alors +$$n=n_{p}b^p+n_{p-1}b^{p-1}+\cdots+n_{1}b^1+n_{0}$$ + +Cette écriture est abrégée en ${\left(\overline{n_{p}n_{p-1}\ldots n_{0}}\right)}_{b}$. +\end{Def} + +En informatique, on utilise couramment les bases 2, 8 et 16. + + + + + +L'algorithme pour obtenir la représentation en base $b$ d'un entier est : + +\begin{enumerate} + \item Effectuer la division euclidienne de cet entier par $b$, division qui donne un premier quotient et un premier reste. + \item Le quotient est à sont tour divisé par $b$ pour donner un second quotient et un second reste, et ainsi de suite jusqu'à obtenir un quotient nul. +\item Les restes successifs (tous strictement inférieurs à $b$), et en commençant par le dernier, constituent la représentation en base $b$ de l'entier donné. +\end{enumerate} + +\begin{Exo} +Donner la représentation de 23 en base 2. +\end{Exo} + + + +\begin{Exo}[Numération, changements de base] +\begin{enumerate} +\item Chercher les entiers dont le carré a, en représentation décimale, +le même chiffre pour les dizaines et les unités. +\item On pose $a=2p-1$, $b=2p+1$, $c=2p+3$; trouver l'entier $p$ de manière que $a^2+b^2+c^2$ soit de la forme $\sur{xxxx}_{10}$. +\item L'entier $n$ s'écrit $\sur{341}_{10}$ et $\sur{2331}_a$. Trouver $a$. +\item Montrer que, dans toute base $b$ supérieure ou égale à 3, l'entier qui s'écrit $\sur{11211}_b$ n'est pas premier. +\item Soit $n\geqslant 7$. Donner l'écriture de $(n+1)^4$ en base $n$. +\end{enumerate} +\end{Exo} + + + +\begin{Exo}[Développement décimal] +On considère le nombre réel $x$ dont le dé\-ve\-lop\-pe\-ment décimal s'écrit $x=0,012\ 345\ 679\ 012\ 345\ 679\ \ldots\ \ldots\ \ldots$ (la séquence $012\ 345\ 679$ est reproduite indéfiniment). Ce développement décimal est périodique, de période 9. +\begin{enumerate} +\item Montrer que $x$ +vérifie une équation de la forme $10^kx=n+x$, où $k$ et $n$ sont +des entiers à déterminer. En résolvant cette équation, +montrer que $x$ est un nombre rationnel, et le mettre sous la forme +$x= \fr pq$ , où $p$ et $q$ sont premiers entre eux. +\item Appliquer +la même méthode au ``nombre" $y$ dont le développement +décimal est $y= 0,999\ 999\ 999\ 999\ \ldots$ (périodique de période +1). Quelle conclusion peut-on en tirer? +\item Démontrer que tout nombre réel dont le développement +décimal est fini ou périodique à partir d'un certain rang +est un nombre rationnel. +\item Réciproquement, on se propose de démontrer que le +développement décimal de tout nombre rationnel est fini ou +périodique à partir d'un certain rang. Pour cela, on +considère un rationnel $x=\fr pq$ , avec $q>0$, $p\in +\Z$, $p$ et $q$ premiers entre eux, et on étudiera successivement +les cas suivants: +\begin{itemize} +\item $x$ est entier (c'est à dire $q=1$). +\item $x$ est rationnel non entier, et $q$ est premier avec 10 (On +pourra montrer que, si $q$ est premier avec 10, il existe un entier +$k$, non nul, tel que $10^k\equiv 1\ [q]$). +\item $x$ est rationnel non entier, mais $q$ n'est pas premier avec 10. +\end{itemize} +\end{enumerate} + +\end{Exo} + + + \section{Arithmétique en informatique}