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1/m+...1/n


autre1/m+...1/n

#msg716591 Posté le 05-11-06 à 15:51
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Bonjour à tous!
Il s'agit de montrer que pour tout couple d'entiers m et n tels que 1 J'ai vu plusieurs fois cet exo (parfois avec m=1) sur la partie lycée du forum et je n'ai pas trouvé une correction sur le site (mais peut-être ai-je mal cherché)
J'ai fini par trouver une solution qui me parait compliquée et de toute façon inabordable en première, surtout sans questions intermédiaires.
Si quelqu'un connaissait la "solution officielle" je lui serais très reconnaissante de me la dire.
Merci d'avance!
re : 1/m+...1/n#msg716739 Posté le 05-11-06 à 16:12
Posté par ProfilBlackdevil Blackdevil

excuse moi, juste pour vérifier c'est bien 4$ \forall (m,n)\in \mathbb{N}^2  tq,   4$1\le m < n,   4$ \sum_{k=m}^n \frac{1}{k} \notin \mathbb{N} ?





David
re : 1/m+...1/n#msg716749 Posté le 05-11-06 à 16:13
Posté par ProfilBlackdevil Blackdevil

oups peut-être dans 4$ \mathbb{Z} plutot...?




David
re : 1/m+...1/n#msg717249 Posté le 05-11-06 à 17:39
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour,

pour m=1, si tu mets tout sur n! et que tu consideres p le plus grand diviseur premier de n! alors t'auras:


1+1/2+....1/n=((n!)+(n!/2)+......(n!/p)+...n!/n)/n!

p divise chaque terme au numerateur sauf n!/p donc si c'est un entier ca veut dire qu'il divise la somme mais c'est impossible. Oups en fait non ca marche pas n!/p peut etre divisible par p si t'as p<2p<n.

Ah bah non ca contredirait vu qu'il existe toujours un nombre premier entre p et 2p(il y a juste ca qui fait raté la preuve pour le lycée).

Sinon tu condiseres le plus grand k tel que 2^k divise n! et tu raisonnes comme au-dessus ca doit fonctionner.
re : 1/m+...1/n#msg718235 Posté le 05-11-06 à 20:50
Posté par ProfilCauchy Cauchy

J'ai une preuve par recurrence sinon, ou on montre que 1+1/2+....+1/n est de la forme impair/pair mais j'ai du suppose en plus dans l'hypothese de recurrence que si 2^a<=n<2^(a+1) :

alors 2^a divise le denominateur mais pas 2^a+1.

Apres j'ai fait 2 cas n pair et impair et normalement ca fonctionne je sais pas si on peut trouver plus simple.
re : 1/m+...1/n#msg718891 Posté le 06-11-06 à 14:25
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Bonjour cauchy et Blackdevil
L'énoncé est bien correct.
Moi aussi j'avais essayé avec des histoires de premiers, mais dans la version de m à n on ne maitrise plus du tout la position des premiers! Aujourd'hui je suis pressée, mais demain je mettrais ma "moche" solution et j'essayerais de comprendre le coup de la récurrence de cauchy.
Entre temps peut-être que la lumière se ferra!
re : 1/m+...1/n#msg719353 Posté le 06-11-06 à 18:47
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour Camelia,


en fait ma premiere preuve marche toujours même de m à n.

Tu consideres A=m*(m+1).....n et tu prend le plus grand diviseur premier p de A et tu reecris la somme avec A au denominateur.

Au numerateur il divise tous les termes A/k(sauf A/p) donc si c'etait un entier il diviserait le numerateur et tous les A/k donc il diviserait la difference A/p.

C'est impossible ca voudrait dire que A/p contient un facteur p donc on aurait deja forcement 2p dans la decomposition de A  mais dans ce cas d'apres le postulat de Bertrand p ne serait pas le plus grand nombre premier qui divise A car il y a toujours un nombre premier entre p et 2p.

Elle est pas compliquée mais ca utilise un gros resultat.

Sinon la recurrence avec m quelconque j'ai pas essaye.
re : 1/m+...1/n#msg721182 Posté le 07-11-06 à 16:53
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Bonjour cauchy
Il se pourrait que le plus grand diviseur premier de A soit strictement inférieur à m, et alors A/p ne se rencontre pas au numérateur. De toute façon, ça m'étonnerait que l'on fasse comme ça au lycée.

Voici ma solution, tout aussi inabordable.
On fixe k>2. On pose A(X)=X(X+1)...(X+k-1) et B(X)=(X+1)...(X+k-1)+X(X+2)...(X+k-1)+...+X(X+1)...(X+k-2).
Il se trouve que B=A', mais je n'ai pas su l'exploiter!
Comme A est de degré k et B de degré k-1, on peut faire la division euclidienne pour trouver A(X)=(aX+b)B(X)+c.
En regardant le terme du plus haut degré, puis en faisant X=0 et X=-1, on finit par trouver
A(X)=\(\frac{X}{k}+\frac{1}{2k}\)B(X)-\frac{(k-1)!}{k}
Il se trouve que
\sum_{i=m}^{m+k-1} \frac{1}{i}=\frac{B(m)}{A(m)}
et je suppose que ça vaut q avec q entier.
En reprenant l'équation on finit par trouver
\frac{A(m)}{(k-1)!}=\frac{1}{k-(2m+1)q}
ce qui est impossible, car le premier membre vaut kC_{m+k-1}^{k} et est donc entier plus grand que 1, ce qui n'est certainement pas le cas du second membre!

OUF! La question reste posée: quel était le corrigé attendu?
re : 1/m+...1/n#msg722279 Posté le 07-11-06 à 23:05
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour,

je poste ma solution avec recurrence:

Tout d'abord je note:
\Large{\forall n,v_2(n)=max\{k, 2^k \text {divise} n\}}

et \Large{S_n=1+\frac{1}{2}+\cdots+\frac{1}{n}}

Pour \Large{m=1}:

Je prend comme hypothese de recurrence \Large{H_n}:

Si \Large{2^a \leq n<2^{a+1}} alors \Large{S_n} mis sous forme irreductible est de la forme \Large{\frac{p}{q}}(avec p impair et q pair) et \Large{v_2(q)=2^a}.

Initialisation: pour \Large{n=2,\,1+\frac{1}{2}=\frac{3}{2}} et on a bien \Large{v_2(2)=2}.

On suppose l'hypothèse vraie au rang n et on veut la montrer au rang n+1.

L'hypothèse etant verifiée au rang n avec \Large{2^a \leq n<2^{a+1}} on a : \Large{S_n=\frac{2k+1}{k'2^a}} avec 2 qui ne divise pas k'.

Montrons que \Large{S_{n+1} =(\frac{2u+1}{u'2^b})} avec \Large{2^b \leq n+1<2^{b+1}}.

On traite deux cas:

1) \Large{n+1} est impair dans ce cas on a \Large{S_{n+1}=\frac{(2k+1)(n+1)+k'2^a}{k'(n+1)2^a}}

et comme \Large{n+1} impair on a \Large{2^a \leq n+1<2^{a+1}} donc \Large{H_2} est vraie.

2) \Large{n+1} est pair. On traite deux sous-cas:

a)\Large{n+1=2^{a+1}}.

Dans ce cas,

\Large{S_{n+1}=\frac{(2k+1)2+k'}{k'2^{a+1}}} et \Large{H_{n+1}} est vraie car le numérateur est impair.

b)\Large{n+1=p2^b} avec \Large{2} qui ne divise pas \Large{p}.

On a nécessairement \Large{b<a} et \Large{2^a \leq n+1<2^{a+1}}.

Donc \Large{S_{n+1}=\frac{(2k+1)p+k'2^{a-b}}{k'p2^a}} et \Large{H_{n+1}} est vérifiée.


On a montre par recurrence que \Large{\forall n\geq 2, S_n \notin \mathbb{N}}.

P.S: effectivement dans ma démonstration du cas général il y a un problème si  le plus grand diviseur premier de A est strictement inférieur à m.
re : 1/m+...1/n#msg722772 Posté le 08-11-06 à 14:18
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Merci, j'enregistre et je vérifierai plus tard!
re : 1/m+...1/n#msg724642 Posté le 09-11-06 à 00:52
Posté par ProfilCauchy Cauchy

De rien,

Pareil pour moi j'ai pas encore bien regardé ta preuve je regarderai ca demain.
re : 1/m+...1/n#msg726703 Posté le 10-11-06 à 18:31
Posté par ProfilCauchy Cauchy

J'ai reflechi à  ta remarque sur le fait qu'il se peut que le  plus grand diviseur premier de A soit strictement inférieur à m.

Si tu supposes que la somme est 1/m+.....1/n est un entier tu auras:

donc 1/m+.....1/n>=1 et 1/m+.....1/n<(n-m+1)/m donc (n-m+1)/m>1 et donc n-m>=m cad n>=2m (m<=2m<=n) donc il y aura toujours un nombre premier entre m etn donc qui divise A.

Je pense que maintenant la preuve fonctionne
re:1/m+........+1/n#msg726705 Posté le 10-11-06 à 18:33
Posté par Profilveleda veleda

bonjour Camélia,bonjour Cauchy
je viens depasser mon aprés midi sur cet exercice sans résultats intéressants mais j'ai aussi étudier vos démonstrations
>cauchy je crois que j'ai à peu prés tout compris (v(2) ce n'est pas plutôt 1?)
>camelia :tu fais la division de A(X) par un polynome inconnu aX+b  pour que le quotient soit B(X) pourquoi est-on sûr qu'un tel polynome existe d'accord on trouve bien un triplet(a,b,c) solution du système ecrit en prenant des valeurs particulières (je ne trouve du reste pas le m^me b(1/k2au lieu de 1/k) donc pas le même c ça  ça ne veut rien dire car je suis coutumière des erreurs de calcul

si je prends A(X)=X(X+1)(X+2)=X3+3X2+2X
             A'(X)=3X2+6X+2
je cherche aX+b tel que A(x)=(aX+b)(3X2+6X+2)+c
on identifie:
termes en X3=>a=1/3
termes en X2=>6a+3b=3=>b=1/3
termes en X=>2a+6b=2
termes constants 2b+c=0
si l'on n'utilise pas les termes en X on a c=-2/3 et un triplet(a,b,c) qui semble convenir
mais l'identification des termes en X=>1/3=0 !
donc ça ne marche pas

c'est un execice désespérant,je chercherai ce week-end
j'espère qu'il n'y a pas trop de fautes de frappe car je n'arrive pas à obtenir un aperçu
bonne soirée

              
          
re : 1/m+...1/n#msg726725 Posté le 10-11-06 à 18:41
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour veleda ,

tu parles dans l'initialisation oui c'est 1 bien sur.

Tu n'as pas vu d'autres erreurs?
re : 1/m+...1/n#msg726990 Posté le 10-11-06 à 21:30
Posté par nazzzzdaq (invité)

On ne peut pas calculer directement 1/n+1/(n+1)...+1/m ?
re : 1/m+...1/n#msg727001 Posté le 10-11-06 à 21:42
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour nazzzzdaq,

tu veux dire trouver une expression générale comme pour la somme des n ?
re : 1/m+...1/n#msg727007 Posté le 10-11-06 à 21:45
Posté par nazzzzdaq (invité)

Est ce que quelqu'un pourrait calculer l'intégrale de f
f(x)=(X^n-1)/(X-1)
re : 1/m+...1/n#msg727010 Posté le 10-11-06 à 21:46
Posté par nazzzzdaq (invité)

**************
Bonjour nazzzzdaq,

tu veux dire trouver une expression générale comme pour la somme des n ?
****************

Oui
re : 1/m+...1/n#msg727011 Posté le 10-11-06 à 21:47
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Ou tu veux en venir? Intégrale sur quoi?
re : 1/m+...1/n#msg727013 Posté le 10-11-06 à 21:49
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Je ne crois pas qu'une telle expression existe , je vois l'integrale de 0 à 1 de ta fonction nous donne bien 1+1/2....+1/n mais apres.
re : 1/m+...1/n#msg727017 Posté le 10-11-06 à 21:52
Posté par nazzzzdaq (invité)

ben
1/m+1/(m+1)...+1/n=
1+1/2+1/3+...+1/(n) -
1+1/2...........+1/(m-1)
non?
re : 1/m+...1/n#msg727024 Posté le 10-11-06 à 21:56
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Oui je sais mais comment tu te sers de ca apres pour montrer que ton intégrale n'as pas une valeur entiere?
re : 1/m+...1/n#msg727034 Posté le 10-11-06 à 22:04
Posté par nazzzzdaq (invité)

Ben il faudrait la calculer l'intégrale. Peut être qu'elle a une forme sympa...
re : 1/m+...1/n#msg727070 Posté le 10-11-06 à 22:23
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Oui mais la valeur de l'intégrale c'est justement la somme.
re : 1/m+...1/n#msg727163 Posté le 10-11-06 à 23:27
Posté par Profiljeanseb jeanseb

Citation :
Ben il faudrait la calculer l'intégrale. Peut être qu'elle a une forme sympa...


Ouf...Enfin un peu de poésie sur ce site austère!
re : 1/m+...1/n#msg728155 Posté le 11-11-06 à 14:29
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Rebonjour à tous!
J'ai bien vérifié la récurrence (en 2^n) de Cauchy et je suis globalement d'accord.
Pour veleda: Tu as raison; en faisant la division de A par B je devrais avoir un reste de degré au plus k-2, donc je ne sais même plus si j'ai eu de la chance, ou si ma demonstration est complètement fausse!
Mon énorme étonnement est que l'exo sort du forum lycée,que je l'ai vu plusieurs fois... et qu'apparemment aucun des enseignants en exercice n'a l'air d'avoir une solution! J'ai même essayé de ranimer un de ces topics en demandant la correction donnée en cours, mais sans résultat.
Sinon, la dem de Cauchy qui utilise le postulat de Bertrand est la plus jolie, mais pour qui?
Merci à tous!
re : 1/m+...1/n#msg730040 Posté le 12-11-06 à 01:24
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Bonjour,

Pour moi c'est la plus jolie

C'est clair que c'est bizarre que tu l'ai vu sur le forum lycee comme ca sans indications.Sommes-nous passés a cote d'une solution plus élémentaire? je pense pas mais bon qui sait.
re : 1/m+...1/n#msg731360 Posté le 12-11-06 à 14:37
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Salut à tous!
Veleda a raison, ma solution n'est pas bonne! On attend, peut-être quelqu'un finira par donner la mystérieuse solution évidente!
re : 1/m+...1/n#msg736525 Posté le 15-11-06 à 00:25
Posté par nazzzzdaq (invité)

Je considère {n, n+1...p...m}
Il existe A et p tel que qquesoit x apprtenant à {n, n+1...m}/{p} divise A mais p ne divise par A
Soit
Sn=1/n+1/(n+1)...+1/m= An +1/p
(An étant la somme des 1/n+1/(n+1) en excluant le terme 1/p)
Sn x A = An x A + A/p
A/p n'étant pas entier, Sn xA n'est pas entier, Sn n'est pas entier
re : 1/m+...1/n#msg736526 Posté le 15-11-06 à 00:26
Posté par nazzzzdaq (invité)

Je considère {n, n+1...p...m}
Il existe A et p tel que qquesoit x apprtenant à {n, n+1...m}/{p} divise A mais p ne divise par A
Soit
Sn=1/n+1/(n+1)...+1/m= An +1/p
(An étant la somme des 1/n+1/(n+1) en excluant le terme 1/p)
Sn.A = An.A + A/p
A/p n'étant pas entier, Sn.A n'est pas entier, Sn n'est pas entier
re : 1/m+...1/n#msg736737 Posté le 15-11-06 à 13:41
Posté par Profillafol lafol Correcteur

Bonjour à tous,
une hypothèse sur le fait qu'aucun corrigé ne semble avoir été donné : il ne s'agirait pas d'un exercice donné dans le cadre des olympiades ? c'est encore assez leur style...
re : 1/m+...1/n#msg736745 Posté le 15-11-06 à 13:45
Posté par ProfilTigweg Tigweg

Bonjour lafol

Effectivement, je n'y avais pas songé mais c'est tout-à-fait plausible!

nazzzzdaq > je ne comprends pas ce que tu entends par
Citation :
qquesoit x apprtenant à {n, n+1...m}/{p} divise A
, pourrais-tu préciser s'il-te-plaît?


Tigweg
re : 1/m+...1/n#msg736815 Posté le 15-11-06 à 14:15
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Bonjour à tous
Moi aussi j'aimerais voir le détail de la solution de nazzzzdaq!
re : 1/m+...1/n#msg736833 Posté le 15-11-06 à 14:20
Posté par ProfilTigweg Tigweg

Bonjour Camélia!
As-tu compris ce que voulait dire nazzzzdaq?

Tigweg
re : 1/m+...1/n#msg736839 Posté le 15-11-06 à 14:21
Posté par ProfilTigweg Tigweg

Oh pardon désolé, tu viens de dire que non!
Dans ma tête, nazzzzdaq était le lycéen qui avait ce problème à résoudre!!
Désolé!
re : 1/m+...1/n#msg736850 Posté le 15-11-06 à 14:23
Posté par ProfilTigweg Tigweg

Plus exactement, dans ma tête le lycéen en question et la personne à qui j'ai demandé si elle pouvait préciser étaient confondues, c'est pire!

Bon je crois que je vais faire une sieste, cela s'impose!!
re : 1/m+...1/n#msg736856 Posté le 15-11-06 à 14:25
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Salut Tigweg,
Un des lycéens qui avait ce problème était marie_curie et je crois qu'il y avait aussi un billy numéroté! mais pas de solution!
re : 1/m+...1/n#msg737602 Posté le 15-11-06 à 18:15
Posté par nazzzzdaq (invité)

Bon pour être plus clair:

Soit une suite de m-n+1 entiers consécutifs n, n+1,...m

Il existe un entier A tel que:
m-n entiers des n-m+1 entiers consécutifs divise A
un et un seul entier p des m-n+1 entiers consécutifs ne divise pas A

(propriété à démontrer).

Ensuite je considère
S= 1/n+1/(n+1)+...+1/m
S.A= Q+A/p
Q entier, A/p non entier
etc...
re : 1/m+...1/n#msg738229 Posté le 15-11-06 à 22:19
Posté par nazzzzdaq (invité)

Pour m=1, A peut se construire de la façon suivante:
A=n!/ est un nombre premier inférieur à n ne divisant aucun entier inférieur à n (sauf lui même).

existe. Je considère la partie entière de n/2. Selon le postulat de Bertrand, il existe un nombre premier () inférieur au double de la partie entière de n/2 et donc inférieur à n. Ce nombre premier () ne peut diviser aucun entier inférieur à n (sauf lui m^me)
re : 1/m+...1/n#msg738243 Posté le 15-11-06 à 22:30
Posté par nazzzzdaq (invité)

Allez, on y est presque!
Une âme charitable pour construire A dans le cas ou m>1.

Je rappelle les propriétés de A:
Soit G={m, m+1...,n}
A est un entier tel que un et un seul élément de G NE divise PAS A.
re : 1/m+...1/n#msg738364 Posté le 16-11-06 à 00:53
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Salut nazzzzdaq,

j'ai pas lu en détail mais en gros c'est la démo que j'ai proposé au-dessus,non ?
re : 1/m+...1/n#msg738393 Posté le 16-11-06 à 08:24
Posté par nazzzzdaq (invité)

J'ai pas compris alors.
re : 1/m+...1/n#msg738523 Posté le 16-11-06 à 14:15
Posté par ProfilCamélia Camélia Correcteur

Rebonjour à tous!
Effectivement la solution utilisant le postulat de Bertrand était déjà proposée par Cauchy qui en donne une autre, par récurrence, un peu plus élémentaire.
La question est toujours la même: comment fait-on en première?
re : 1/m+...1/n#msg739222 Posté le 16-11-06 à 19:30
Posté par ProfilCauchy Cauchy

Rebonjour,

On fait peut etre la recurrence avec des indications?

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