Une théorie mathématique ne doit être regardée comme parfaite que si elle a été rendue tellement claire qu’on peut la faire comprendre au premier individu rencontré dans la rue.
David Hilbert en 1900

Feuille d'exercices 2

Rappel : La notation ∣x∣|x| signifie valeur absolue de xx, c'est le maximum entre xx et −x-x. On a ∣x∣=x|x| = x si x⩾0x\geqslant 0. On a ∣x∣=−x|x| = -x si x⩽0x\leqslant 0.
Exemples : ∣+7∣=+7|+7| = +7, et ∣−11∣=+11|-11|=+11.

Exercice 1

Démontrer les premières propriétés vues en cours ; à savoir :

Soient a,b,ca,b,c trois entiers relatifs.

  1. 1∣a1\mid a ; ( 11 est toujours un diviseur, de tout entier. )
  2. Si a∣1a\mid 1, alors a=±1a=\pm 1 ; ( ±1\pm1 sont les seuls inversibles de Z\mathbb{Z}. )
  3. Si a∣ba\mid b, alors ±a∣±b\pm a\mid \pm b ; ( Le signe n'a pas d'importance. )
  4. a∣0a\mid 0 ; ( Zéro est multiple de tout entier ; tous les entiers divisent zéro. )
  5. Si 0∣a0\mid a, alors a=0a=0 ; ( Autrement dit : zéro ne divise que zéro. )
  6. a∣aa\mid a ; (réflexivité)
  7. Si a∣ba\mid b et b∣cb\mid c, alors a∣ca\mid c ; (transitivité)
  8. Si a∣ba\mid b et a∣ca\mid c, alors a∣b+ca\mid b+c ;
  9. Si a∣ba\mid b, alors a∣bca\mid bc et ac∣bcac\mid bc;
  10. Si ac∣bcac\mid bc avec c≠0c\neq 0, alors a∣ba\mid b ;
  11. Si a∣ba\mid b avec b≠0b\neq 0, alors 0<∣a∣⩽∣b∣0<|a| \leqslant |b| ;
  12. Si a∣ba\mid b et b∣ab\mid a , alors a=±ba=\pm b.

Corrigé

  1. ∀a∈Z,a=a×1\forall a \in \mathbb Z, a = a×1, ainsi 1∣a1\mid a.
  2. Les solutions de l'équation sur Z\mathbb Z : a×b=1a×b = 1 sont (a=1,b=1)(a=1, b=1) et (a=−1,b=−1)(a=-1, b=-1), en effet ni aa ni bb ne peuvent être nuls, et ni de valeur absolue supérieure à 11. aa et bb étant de même signe, on a :
  1. Si a∣ba\mid b, alors b=a×kb = a×k pour k∈Zk\in \mathbb Z, on déduit −b=−a×k-b=-a×k, mais aussi −b=a×(−k)-b=a×(-k), et encore b=(−a)×kb=(-a)×k, le tout avec (−a)(-a) et (−k)(-k) dans Z\mathbb Z (important à souligner), ainsi ±a∣±b\pm a \mid \pm b.
  2. ∀a∈Z,0=0×a\forall a\in\mathbb Z, 0=0×a, ainsi a∣0a\mid 0.

Remarque : 0∣00\mid 0, certes, mais 00 divisé par 00 n'est pas défini. C'est différent.

  1. Si 0∣a0\mid a, alors a=0×ka=0×k, avec k∈Zk\in\mathbb Z, donc a=0a=0.
  2. a=a×1a=a×1, donc a∣aa\mid a.
  3. Si a∣ba\mid b et b∣cb\mid c, alors c=b×kc=b×k avec k∈Zk\in\mathbb Z, et b=a×lb=a×l avec l∈Zl\in\mathbb Z, d'où c=(a×l)×k=a×(l×k)c = (a×l)×k = a×(l×k) avec (l×k)∈Z(l×k)\in\mathbb Z, ainsi a∣ca\mid c. On a utilisé l'associativité de la multiplication.
  4. Si a∣ba\mid b et a∣ca\mid c, alors b=a×kb=a×k avec k∈Zk\in\mathbb Z, et c=a×lc=a×l avec l∈Zl\in\mathbb Z, ainsi b+c=a×k+a×l=a×(k+l)b+c = a×k+a×l=a×(k+l), avec (k+l)∈Z(k+l)\in\mathbb Z, ainsi a∣b+ca\mid b+c.
  5. Si a∣ba\mid b, alors b=a×kb=a×k avec k∈Zk\in\mathbb Z, donc bc=a×(k×c)bc=a×(k×c) avec (k×c)∈Z(k×c)\in\mathbb Z, et bc=a×k×c=(ac)×kbc = a×k×c = (ac)×k avec (ac)∈Z(ac)\in\mathbb Z, ainsi a∣bca\mid bc et ac∣bcac\mid bc. On a utilisé ici la commutativité de la multiplication !.
  6. Si ac∣bcac\mid bc avec c≠0c\neq 0, alors bc=ac×kbc=ac×k avec k∈Zk\in\mathbb Z, d'où b=a×kb=a×k, ainsi a∣ba\mid b.
  7. Si a∣ba\mid b avec b≠0b\neq 0, alors ∣a∣∣∣b∣|a|\mid |b| et ∣b∣=∣a∣×k|b| = |a| × k avec k∈Zk\in\mathbb Z. Avec b≠0b\neq 0, on déduit k≠0k\neq 0 et a≠0a\neq 0, et enfin 0<∣a∣⩽∣b∣0<|a| \leqslant |b| ;
  8. Si a∣ba\mid b et b∣ab\mid a , alors

Exercice 2

Démontrer que 7∣35 0427 \mid 35\,042, sans calculatrice.


Exercice 3

Avec l'algorithme d'Euclide, calculer PGCD(16191,9252)\text{PGCD}(16191, 9252).


Exercice 4

Calculer A=211535+172763A = \dfrac{21}{1535} + \dfrac{17}{2763}

Donner le résultat sous forme d'une fraction irréductible. Justifier cela de manière efficace !


Calculons PGCD(1535,2763)\text{PGCD}(1535, 2763) avec l'algorithme d'Euclide.

On peut alors écrire : 1535=307×51535 = 307×5 et 2763=307×92763=307×9, de sorte que :

On peut aussi vérifier que PGCD(274,13815)=1\text{PGCD}(274, 13815) = 1. C'est une excellente méthode, pour simplifier, ou justifier qu'une fraction est irréductible.

Exercice 5

Calculer B=1573025137×45619112200B = \dfrac{15730}{25137} × \dfrac{45619}{112200}

Donner le résultat sous forme d'une fraction irréductible.


On a les décompositions en facteurs premiers :

On en déduit :

Exercice 5

Calculer C=191+291×53C = \dfrac{1}{91} + \dfrac{2}{91} × \dfrac{5}{3}

Donner le résultat sous forme d'une fraction irréductible.


⚠️ L'opération prioritaire n'est pas l'addition, mais la multiplication.

Si une fraction possède un petit numérateur, ou un petit dénominateur, on décompose ce petit nombre en facteurs premiers, et seules les simplifications possibles sont issues de ces facteurs. Ici, 1313 seul candidat, or 91=7×1391=7×13, donc on peut simplifier.

Exercice 6

Pour les élèves aussi en NSI.

On rappelle que :

En déduire une fonction Python récursive de calcul de PGCD\text{PGCD}.


def pgcd(a: int, b: int) -> int:
    """Renvoie PGCD(a, b) pour a et b relatifs.
    >>> pgcd(15, 49)
    1
    >>> pgcd(-12, 18)
    6
    """
    if b == 0:
        return abs(a)
    else:
        return pgcd(b, a%b)
    
    # variante en une ligne
    return abs(a) if b == 0 else pgcd(b, a%b)