Demander le programme !
- définir la notion de diviseur
- les seules diviseurs de 1 et de -1.
- les propriété de transitivité de l'opérateur |.
- que si $c$ divise $a$ et $b$ alors pour tout entiers $u$ et $v$, $c$ divise $au+bv$.
- définir un nombre premier
- l'énoncé e la propriété 4
- parfaitment l'énoncé de la DE
- qu'il y a une infinité de nombre premier
- définir $a\equiv b[n]$
- une DE
- la traduction littéral d'un diviseur ou d'un multiple
- la détermination de la décomposition en produit de facteur premier d'un entier
- la démonstration du théorème 2
- la démonstration de la propriété 3
- la démonstration du théorème 3
- La démonstration que deux enteir sont condru modulo en entier
- l'usage des propriétés opératoire des congruences
Divisibilité dans $\mathbb{Z}$
Soient $a$, $b$ et $c$ trois entiers relatifs non nuls.
Dire que $b$ divise $a$ signifie qu'il existe un
entier relatif $k$ tel que $a=bk$.
On note $b|a$.
On dit aussi que $b$ est un diviseur de $a$ ou que $a$ est un multiple de $b$.
- Montrer que $-8$ est un diviseur de $24$.
- Montrer que $24$ est un multiple de $8$.
- Soit $n\in\mathbb{Z}$, montrer que $n-1$ est un diviseur de $n^2-1$.
- Montrer que $1$ et $-1$ divisent tous les entier relatif.
- Montrer que tout entier relatif divise 0.
Les seuls diviseurs de $1$ et $-1$ sont $1$ et $-1$.
- Transitivité : Si $c|b$ et $b|a$ alors $c|a$.
- Si $a|b$ et $b|a$ alors $|a|=|b|$.
- Si $c$ divise $a$ et $b$ alors pour tout entiers $u$ et $v$, $c$ divise $au+bv$.
Démontrer chacun des points de la propriétés précédente.
On que qu'une fraction $\frac{a}{b}$ est irréductible si les seuls diviseurs communs à $a$ et à $b$ sont $1$
et $-1$.
Nombres premiers
Un entier est dit premier lorsqu'il admet exactement deux diviseurs dans $\mathbb{N}$ :
1 et lui-même.
Soit $n$ un entier supérieur ou égal à 2.
$n$ est premier si, et seulement si, $n$ n'a pas de
diviseur
premier inférieur ou égal à $\sqrt{n}$ autre que 1.
Démonter la propriété précédente.
Soit $n$ un entier supérieur ou égal à 2. Alors $n$ est premier ou $n$ peut s'écrire comme produit de
nombres premiers.
Décomposition en produits de facteurs premiers
Tout entier $n$ supérieur ou égal à 2 s'écrit de façon unique sous la forme :
$$n=p_1^{\alpha_1}\times p_2^{\alpha_2}\times...\times p_m^{\alpha_m},$$
où $p_1$, $p_2$,..., $p_m$ sont des nombres premiers tels que $p_1<p_2<...<p_m$ et $\alpha_1$,
$\alpha_2$,..., $\alpha_m$ des entiers naturels non nuls.
Cette écriture est la décomposition de $n$ en produits de facteurs premiers.
Donner la décomposition en élément simple de 256.
L'ensemble des nombres premiers est infini.
Faire la démonstration de ce théorème.
Division euclidienne
Division euclidienne dans $\mathbb{N}$
Division euclidienne dans $\mathbb{N}$.
Soit $a \in \mathbb{N}$ et $b \in \mathbb{N}^*$, alors il existe un unique couple d'entiers naturels
$(q;r)$ tel que $a=bq+r$ avec $0 \leq r < b$.
Vocabulaire
$a$ est le dividende, $b$ est le diviseur, $q$
est le quotient et $r$ est le reste.
$b$ divise $a$ si, et seulement si, le reste de la division euclidienne de $a$ par $b$ est nul.
Existence du couple $(q;r)$
Soit $q$ la partie entière du quotient $\dfrac{a}{b}$. L'entier $q$ est défini par l'encadrement
$\ldots\ldots \leq \dfrac{a}{b}$ < $\ldots\ldots\ldots$
Puisque $b>0$, on en déduit que $\ldots\ldots\ldots \leq a $< $\ldots\ldots\ldots\ldots$*
On pose alors $r=a-bq$. Ainsi $a=\ldots\ldots\ldots\ldots$ et d'après *, $\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots
\leq a-bq$ < $\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$
soit $\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$
Unicité du couple $(q;r)$
On suppose qu'il existe deux couples d'entiers naturels $(q;r)$ et $(q';r')$ vérifiant simultanément :
$a=bq+r = bq'+r'$ avec $0 \leq r<b$ et $0 \leq r' <b$.
On en d\'eduit que $r-r' = \ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots =
\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$ donc $r-r'$ est multiple de $\ldots\ldots$
Or, $0 \leq r < b$ et $\ldots\ldots < -r' \leq \ldots\ldots$ donc, par addition membre à membre, on
obtient $\ldots\ldots < r-r'<\ldots\ldots$
Le seul multiple de $b$ dans $]-b;b~[$ est $\ldots\ldots$ donc $r-r'=\ldots\ldots$ soit
$\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$
Comme $r-r'=b(q'-q)$ avec $b \neq 0$, alors $\ldots\ldots\ldots\ldots = 0$ soit
$\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$, d'oùl'unicité.
Division euclidienne dans $\mathbb{Z}$
Division euclidienne dans $\mathbb{Z}$.
Soit $a \in \mathbb{Z}$ et $b \in \mathbb{Z}^*$, alors il existe un unique couple d'entiers $(q;r)$ avec
$q \in \mathbb{Z}$ et $r \in \mathbb{N}$ tel que $a=bq+r$ avec $0 \leq r < |b|$.
Vocabulaire
$a$ est le dividende, $b$ est le diviseur, $q$
est le quotient et $r$ est le reste.
Effectuer la division euclidienne de $a$ par $b$, c'est déterminer le couple d'entiers
$(q;r)$
tel que $a=bq+r$ avec $0 \leq r < |b|$.
Effectuez les divisions euclidiennes de $a$ par $b$ pour chacun des cas suivants :
- $ a=1776$ par $b=7$
- $a=1776$ par $b=-7$
- $a=-1776$ par $b=7$
- $a=-1776$ par $b=-7$
Congruence dans $\mathbb{Z}$
$a$ est congru à $b$ modulo $n$
Soit $n \in \mathbb{N}^*$, on dit que $a$ et $b$ sont
congrus modulo $n$ lorsque $a$ et $b$ ont le même reste dans la division euclidienne
par $n$.
Notation :
On écrit $a \equiv b~(n)$ ou $a \equiv b~[n]$ ou encore $a \equiv b \pmod n$. On lit "$a$ est congru à
$b$ modulo $n$".
Pour tout entier $n \geq 2$ on a : $\quad a \equiv b~[n]$ si, et seulement si, $n$ divise $a-b$.
Démontrer le théorème précédent.
$168-138 = 30 = 2 \times 15$ donc $168 \equiv 138~[15]$ .
$a \equiv b~[n]$ si et seulement s'il existe $k\in\mathbb{Z}$ tel que $a=b+nk$
Vrai ou Faux :
- $24 \equiv 1~[5]$
- $1 \equiv -1~[2]$
- $10 \equiv 0~[5]$
- $9 \equiv 2~[2]$
$a \equiv r~[n]$ avec $0 \leq r < n$ si, et seulement si, $a$ a pour reste $r$ dans la division
euclidienne de $a$ par $n$.
Démontrer la propriété précédente.
$b$ divise $a$ si, et seulement si, le reste de la division de $a$ par $b$ est nul
c'est-à-dire que $a \equiv 0~[b]$.
Transitivité
Soit $n$ un entier naturel non nul. Pour tous entiers relatifs $a$,
$b$ et $c$, si $a \equiv b~[n]$ et $b \equiv c~[n]$ alors $a \equiv c~[n]$.
Démontrer le théorème précédent.
Congruences et opérations
Soit $n$ un entier naturel non nul et $a$, $a'$, $b$
et $b'$ des entiers relatifs.
Si $a \equiv b~[n]$ et $a' \equiv b'~[n]$ alors
- $a+a' \equiv b+b'~[n]$
- $a-a' \equiv b-b'~[n]$
- $aa' \equiv bb'~[n]$
Si $a \equiv b~[n]$ alors :
- pour tout entier relatif $k$, $ka \equiv kb~[n]$
- pour tout entier naturel $p$, $a^p \equiv b^p~[n]$
Soit $n$ un entier naturel et $A=n(n^2+5)$. Démontrons que
$A$ est divisible par 3.
Exercices
Divisibilité dans $\mathbb{Z}$
Vrai ou Faux- justifier
- La somme de deux entiers pairs est un entier pair.
- Le produit de deux entiers impairs est un entier impair.
- La somme de deux entiers impairs est un entier impair.
- Le produit d'un entier pair par un entier impair est un entier pair
- Le carré d'un entier impair est un entier impair.
Les nombres amis
- Établir la liste des diviseurs de 30 et calculer leur somme $s$.
- Établir la liste des diviseurs positifs de 140 et calculer leur somme $t$.
- Vérifier que $\frac{s}{t}=\frac{30}{140}$.
On dit alors que les entiers 30 et 140 sont amis.
Démontrer que pour tout entier $n$, le nombre $n^3-n$ est un multiple de 6.
On considère deux entiers relatifs $a$ et $b$. Démontrer l'équivalence suivante : $$7|(2a+5b)
\Longleftrightarrow 7|(5a+2b)$$
Déterminer les entiers relatifs $n$ tels que $n+8$ soit divisible par $n$.
Les entiers $a$ et $b$ sont tels que :
$a|5b+31$ et $a|3b+12$.
- Montrer que $a|33$.
- En déduire les valeurs possibles de $a$.
Pour tout entier relatif $n$, on pose :
$a_n=2n-1$ et $b_n=9n+4$.
- Déterminer un entier $k$ indépendants de $n$ tel que : Si $d$ divise $a_n$ et $b_n$, alors $d$
divise $k$.
- En déduire la liste des diviseurs communs éventuels $a_n$ et $b_n$.
- En déduire les diviseurs communs à 5117 et 23035.
Quel est le PGCD de 5117 et 23035?
on veut déterminer les entiers relatifs $n\ne -2$
tels que $\frac{2n-29}{n+2}$ soit un entier.
- Montrer que si $n$ est solution alors $n+2$ divise 33.
- Établir la liste des diviseurs de 33 dans $\mathbb{Z}$.
En déduire les valeurs possibles de $n$
- Conclure.
- Montrer que si un entier naturel $d$ divise $12n+7$ et $3n+1$ alors il divise 3.
- En déduire que la fraction $\frac{12n+7}{3n+1}$ est irréductible.
Démontrer par récurrence que pour tout
entier naturel $n$, $3^{2n} -1$ est un multiple de $8$.
Nombres premiers
Vrai ou Faux- Justifier
- Tout nombre premier est impair.
- Tout nombre impair est premier.
- Un nombre premier est un entier ayant exactement 4 diviseurs dans $\mathbb{Z}$.
- Si 2 divise l'entier $n$, alors $n$ n'est pas premier.
- Si deux entiers ont les mêmes diviseurs premiers, alors l'un est multiple de l'autre.
Soit $n$ un entier supérieur ou égal à 2.
- On suppose que $n$ est premier. Justifier que 1 est le seul diviseur de $n$ inférieur ou égal à
$\sqrt{n}$?
En déduire que $n$ n'a pas de diviseur premier inférieur ou égal à $\sqrt{n}$
- Réciproquement, supposons que $n$ n'a pas de diviseur premier inférieur ou égal à $\sqrt{n}$ et
montrons, en raisonnant par l'absurde, que $n$ est premier : on suppose donc que $n$ n'est pas
premier.
L'ensemble des diviseurs de $n$ ( dans $\mathbb{N}$ ) autres que 1 et $n$ étant non vide, il admet
un plus petit élément $m$.
- Justifier que $m$ est premier.
- Justifier qu'il existe un entier $k$ tel que $1<m\leq k<n$ et $n=mk$.
- En déduire
que $m^2\leq n$. Conclure.
- Écrire un algorithme qui permet de déterminer si un entier $n$ est premier.
Déterminer la décomposition en facteurs premiers des entiers suivants :
$$117 ; 665; 16184; 4554; 19343$$
- Donner la décomposition en facteurs premiers des entiers 28 et 126.
- En déduire les décompositions des entiers suivants :
$$28^2;28\times 126; 126^3$$
Soit $p$ un nombre premier.
- Démontrer que, si $p\ne 2$ alors $p^2-1$ est divisible par 4.
- Démontrer que, si $p\geq 5$ alors $p^2-1$ est divisible par 12. ( on admettra que Parmi 3 entiers
consécutifs il y a exactement un multiple de 3)
Division euclidienne
Vrai ou Faux- Justifier
- Si le reste de la division euclidienne de $a$ par 70 est égal à 0, alors $a$ est un diviseur de 70.
- Tout nombre impair est premier.
- Tout entier relatif peut s'écrire sous la forme de $2k$ ou $2k+1$ où $k$ est un entier relatif
quelconque.
- L'égalité $37=3\times 9 +10$ traduit la division euclidienne de 37 par 3 ou par 9.
- L'égalité $37=5\times7+2$ traduit la division euclidienne de 37 par 5 ou par 7.
Déterminer le quotient est le reste de la division euclidienne de $a$ par $b$.
- $a=351$ ; $b=12$
- $a=-1001$ et $b=31$
- $-654$ et $b=-13$
- $-601$ et $b=12$.
On divise l'entier 256 par $b$, on trouve comme quotient 15 et comme reste $r$.
Quelles sont les valeurs possibles de $b$ et de $r$?
>
Quels sont les restes possibles dans la division euclidienne d'un entier naturel impair par 4?
Écrire un algorithme qui prend comme argument $a$ et $b$ entiers naturels et qui renvoie le quotient et
le reste de la division euclidienne de $a$ par $b$.
Congruence
- Soient $a$ et $b$ deux entiers tels que $a\equiv 3[7]$ et $b\equiv 1[7]$. Démontrer que $2a+b^2$ est
un multiple de $7$.
- Soient $a$ et $b$ deux entiers tels que $a\equiv 2[5]$ et $b\equiv 3[5]$. Déterminer le reste de la
division euclidienne de $a^2+2b^2$ par 5.
Démontrer que $35^{228}+84^{501} \equiv 0[17]$
- Quel est le reste de la division euclidienne de $6^{943}$ par 7 ?
- Quel est le reste de la division euclidienne de $247^{349}$ par 7 ?
- Quel est le reste de la division euclidienne de $8^{2018}$ par 5 ?
- Soit $n\in \mathbb{N}$. On pose $a = 3^{2n+1} + 2^{n+2}$. Démontrer que $a \equiv 0 [7]$.
$n$ désigne un entier naturel.
- Quels sont les restes de la division euclidienne de $3^n$ par 11?
- En déduire que $3^n + 7 \equiv 0 [11]$ si, et seulement si, $n = 5k + 4$ avec $k\in\mathbb{N}$.
$x$ et $y$ sont deux entiers naturels tels que $x \equiv 7 [9]$ et $y\equiv 4[9]$
Déterminer les restes dans la division euclidienne par 9 de :
- $3x+4y$
- $x^2+y^2$
- $2x^2-5y^2$
Déterminer les valeurs de $n$ pour lesquels l'entier $6^n+4^n$ est divisible par 5.
Un rep-unit (répétition de l'unité) est un entier qui est formé uniquement de 1. Par exemple, le nombre
$1111111$.
- Déterminer le reste de la division euclidienne de $1111111$ par 5, par 9 et par 11.
- Déterminer le reste de la division euclidienne de $(1111111)^8$ par 5, par 9 et par 11.
On cherche à résoudre dans $\mathbb{Z}$ l'équation: $$3x\equiv 5[7]$$
- Quels sont les restes possibles de la division euclidienne d'un entier $x$ par 7?
- En déduire les restes possibles de la division euclidienne de la division euclidienne de $3x$ par 7.
- Quel est l'ensemble solution?
ORésoudre dans $\mathbb{Z}$ $$x^2+2\equiv 0[9]$$
Synthèse
Montrons que l'ensemble des nombre premiers est infini.
Pour cela raisonnons par l'absurde et supposons qu'il y a un nombre fini d'élément.
Notons cet ensemble $P={p_1,...p_n}$ avec $p_i<p_{i+1}$ pour $i\in [| 1;n |]$.
- Montrer que le nombre $p_1p_2...p_n+1$ est un nombre premier.
- Montrer que $p_1p_2...p_n+1\ne p_i$ pour tout $i\in [| 1;n |]$.
- Conclure.
- On considère la suite géométrique $(v_n)$ de
premier terme $v_0=13$ et de raison $q=5$.
Pour tout entier naturel $n$, déterminer le reste de la division euclidienne $v_n$ par 4.
- On considère la suite $(u_n)$ définie par $u_0=14$ et, pour tout entier naturel $n$,
$u_{n+1}=5u_n-6$.
- Démontrer que, pour tout entier naturel $n$ : $$u_{n+2}\equiv u_n[4]$$
- Démonter que, pour tout entier naturel $n$ : $$2u_n=5^{n+2}+3$$
- Déduire de la question précédente qu'aucun terme de cette suite n'est divisible par 3.
Critère de divisibilité par 11.
Partie A
- Vérifier que les nombres $34+43$, $57+75$, $93+39$ sont divisibles par 11.
- On suppose que l'écriture décimale d'un entier $x$ est $\overline{ab}$ avec $a\ne 0$, c'est à dire
$x=10a+b$.
On note$y$ l'entier obtenu en intervertissant les chiffres de $x$.
Démontrer que $x+y$ est divisible par 11.
- Un entier $x$ comportant quatre chiffres s'écrit dans le système décimal $\overline{abcd}$ avec
$a\ne 0$.
En utilisant les congruences modulo $11$, démontrer que $x\equiv 0[11]$ si, et seulement si
$-a+b-c+d\equiv 0[11]$.
- En déduire que les entiers de quatre chiffres dont l'écriture décimale est de la forme
$\overline{abba}$ avec $a\ne0$ sont divisibles par 11.
Partie B
On considère un entier a définie par dont écriture décimale $a=\overline{a_na_{n-1}...a_0}$ avec $a_n\ne
0$: $$a=a_n\times10^n+a_{n-1}\times 10^{n-1}+...+a_1\times 10+a_0$$
On dira que le rang du chiffre $a_k$ est égal à $k$.
- Démontrer qu'un entier est divisible par 11 si, et seulement si, la somme de ses chiffres pair
diminuée par la somme de ses chiffres de rang impair est divisible par 11.
- L'entier $15 374 876 926 816$ est-il divisible par 11?
On considère les suites $(x_n)$ et $(y_n)$ définies par $x_0=1$, $y_0=8$ et :
$$\left \{
\begin{array}{l}
x_{n+1} = \frac73x_n+\frac13y_n+1 \\
y_{n+1} = \frac{20}3x_n+\frac83y_n+5 \\
\end{array}
\right.
$$ $,n\in \mathbb{N}$
- Montrer par récurrence que, dans un repère du plan, les points de coordonnées $(x_n;y_n)$ sont dur
la droite dont une équation est $5x-y+3=0$.
En déduire que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $x_{n+1}=4x_n+2$.
-
- Montrer par récurrence que, pour tout $n\in\mathbb{N}$ , $x_n$ est un entier naturel.
- En déduire que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $y_n$ est un entier naturel.
-
- Montrer que $x_n$ est divisible par 3 si, et seulement si, $y_n$ est divisible par 3.
- Montrer que si $x_n$ et $y_n$ ne sont pas divisibles par 3 alors ils n'ont pas de facteur
premier commun dans leur décomposition en produit de facteurs premiers.
-
- Montrer par récurrence que, pour tout $n\in\mathbb{N}$ : $$x_n=\frac13(4^n\times5-2).$$
- En déduire que, pour tout entier naturel $n$, $4^n\times 5 -2$ est un multiple de 3.
Les nombres de Mersenne.
Pour $n$ entier naturel non nul, on note $M_n$ l'entier $M_n=2^n-1$.
- Pour $1\leq n\leq 15$, quels sont les nombres $M_n$ premiers?
-
- Soit $k$ un entier naturel non nul et $a$ entier quelconque. Montrer que $a-1$ divise
$a^k-1$. (
utiliser un résultat sur les suites géométriques)
- En déduire que, si $d$ divise $n$, alors $2^d-1$ divise $M_n$.
- Déduire de la question 2 que, si $M_n$ est premier, alors $n$ est premier. La réciproque est-elle
vraie?
Racine carrées et irrationnels
On considère un entier $n$ qui n'est pas un carré parfait (c'est à dire qui n'est pas le carré d'un autre
entier).
- Justifier que dans la décomposition de $n$ en produit de facteur premiers il existe un ombre premier
$p$ dont l'exposant est impair.
- On suppose que $\sqrt{n}$ est rationnel , c'est à dire qu'il existe des entiers naturels $a$ et $b$
avec $b\ne 0$ tels que $\sqrt{n}=\frac{a}{b}$, on suppose également que cette fraction est
irréductible.
- Quelle est la parité de l'exposant de $p$ dans la décomposition de $nb^2$
- Quelle est la parité de tous les exposants dans la décomposition de $a^2$?
- Que dire alors de l'égalité $\sqrt{n}=\frac{a}{b}$?
- Conclure.