Posté par
Nicolas_75 Nicolas_75 
Devant le succès phénoménal remporté par cet exercice, voici une correction que j'espère claire, et surtout juste. Les lecteurs intéressés mais pressés peuvent sauter directement à la partie
3.
Enoncé
Soit

,

, ...,

sept nombres réels tels que,

.
Montrer qu'il existe au moins un couple
)
avec

tel que :
1. Idée générale de la démonstration
Reconnaître une formule trigonométrique et montrer que le problème revient à montrer qu'il existe

tels que :

.
Or les
sept 
appartiennent tous à
![\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
, intervalle de largeur

. On peut donc créer facilement
six boîtes de largeur

dans lesquelles il s'agit de les ranger. Il y en aura donc nécessairement 2 dans la même boîte. D'où le résultat.
2. Recherche de la solution
1. L'expression

fait penser à la formule trigonométrique :
 = \displaystyle\frac{\tan a-\tan b}{1+\tan a\tan b}\quad (*)})
sachant que la condition

est alors équivalente à

, puisque :
2. Remplaçons donc

par
)
, ce qui est toujours possible.
On obtient :
-\tan(\arctan a_j)}{1+\tan(\arctan a_i)\tan(\arctan a_j)})
On veut appliquer la formule (*).
Pour cela, il faut vérifier :
(i) 
: c'est immédiat puisque
![\arctan a_i\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\arctan a_i\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
;
(ii) \tan(\arctan a_j)\neq -1)
: c'est dans l'énoncé.
Donc :
3. Il faut donc montrer qu'il existe

tels que :
<\frac{1}{\sqrt{3}})
ou encore :
4. Or la fonction arctangente est strictement croissante sur

.
On peut donc essayer de montrer qu'il existe

tels que :
Ici, une
difficulté apparaît, car
=x)
uniquement si
![x\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?x\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
. Or, puisque les

sont dans
![\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
, on sait juste que :
On arrive à :

où
On contournera ce problème en prenant la démonstration
dans l'autre sens (moins naturel) tout-à-l'heure. Prenons pour l'instant

pour voir l'esprit de la fin de la preuve :
Montrer qu'il existe

tels que
5. Chacun des
sept 
est dans
![\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
de largeur

.
Divisions cet intervalle en
six sous-intervalles de largeur

:
On applique le principe des tiroirs de Dirichlet : si

tiroirs sont occupés par

objets, alors il y a au moins un tiroir occupé par
plus d'un objet.
Donc il existe au moins deux

dans le même sous-intervalle. Or ces intervalles sont de largeur

avec au moins une borne exclue.
Donc il existe

tels que
D'où le résultat.
3. Solution rédigée
(En prenant la démonstration par l'autre bout, moins naturel, la difficulté identifiée disparaît.)
Chacun des
sept 
est dans
![\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
, intervalle de largeur

.
Divisions cet intervalle en
six sous-intervalles de largeur

:
On applique le principe des tiroirs de Dirichlet : si

tiroirs sont occupés par

objets, alors il y a au moins un tiroir occupé par
plus d'un objet.
Donc il existe au moins deux

dans le même sous-intervalle. Or ces intervalles sont de largeur

avec au moins une borne exclue.
Donc il existe

tels que

C'est-à-dire : il existe

tels que

La fonction tangente est strictement croissante sur
![\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
, donc :
Il existe

tels que
<\tan\frac{\pi}{6})
Il existe

tels que
On veut appliquer la formule :
 = \displaystyle\frac{\tan a-\tan b}{1+\tan a\tan b}\quad (*))
sachant que la condition

est alors équivalente à

, puisque :
=0\Leftrightarrow a-b\in\frac{\pi}{2}+\pi\mathbb{Z})
On a bien :
(i) 
: c'est immédiat puisque
![\arctan a_i\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[](http://latex.ilemaths.net/ile_tex.cgi?\arctan a_i\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[)
;
(ii) \tan(\arctan a_j)\neq -1)
: c'est dans l'énoncé.
Donc la formule s'applique et :
Il existe

tels que
-\tan(\arctan a_j)}{1+\tan(\arctan a_i)\cdot\tan(\arctan a_j)}<\frac{1}{\sqrt{3}})
Or, pour tout

réel,
=x)
, donc on obtient :
Il existe

tels que
ce qui est le résultat cherché.
Sauf erreur.
Nicolas