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Théoreme de Beatty

Posté par Anassmalki (invité) 15-12-07 à 17:29

Bonjour a tous,

A quoi peut bien servir ce théoreme, je veux dire dans quels genres d'exercices peut-on l'appliquer ?

Théoreme de Beatty : a et b sont deux réels strictement positifs. On appelle S(a) [resp. S(b)] l'ensemble des entiers [na] ( resp [nb] ) pour un certain entier n.

S(a) et S(b) forment une partition de N° si et seulement si a et b sont irrationels et 1/a + 1/b = 1

Posté par
Nightmare
re : Théoreme de Beatty 15-12-07 à 19:13

Bonsoir,

On note 3$\rm C(a,n)=Card\{k\in \mathbb{N}*|E(ka)\le n\} et 3$\rm Es(x) la partie entière supérieure de x.

Lemme 1 : 3$\rm C(a,n)=Es\(\frac{n+1}{a}\)-1

Démonstration :
Soit k dans C(a,n) :
3$\rm E(ka)\le n\Leftrightarrow E(ka)<n+1\Leftrightarrow ka<n+1 \Leftrightarrow k<\frac{n+1}{\alpha}\Leftrightarrow k\le Es\(\frac{n+1}{a}\)-1

Lemme 2 : 3$\rm C(a,n)+C(b,n)=n
Trivial avec le lemme 1 :
3$\rm Es\(\frac{n+1}{a}\)-1+Es\(\frac{n+1}{b}\)-1=E\(\frac{n+1}{a}\)+E\(\frac{n+1}{b}\)=n+1-1=n

----------------------------------------------

Démonstration du théorème de Beatty :

Sens direct :
Si S(a) et S(b) forment une partition de N*, alors 3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(ka)\le n\} et 3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(kb)\le n\} forment une partition de 3$\rm [|1,n|] et donc 3$\rm C(a,n)+C(b,n)=n pour tout n.
ie :
3$\rm Es\(\frac{n+1}{a}\)+Es\(\frac{n+1}{b}\)-2=n

On a alors l'encadrement :
3$\rm \frac{1}{n}\(Es\(\frac{n+1}{a}\)+Es\(\frac{n+1}{b}\)-2\)\le \frac{1}{n}\(\frac{n+1}{a}+\frac{n+1}{b}\)\le \frac{1}{n}\(Es\(\frac{n+1}{a}\)+Es\(\frac{n+1}{b}\)\)|/tex]
 \\ soit :
 \\ [tex]3$\rm \frac{n}{n+1}\le \frac{1}{a}+\frac{1}{b}\le \frac{n+2}{n+1}

D'où en faisant tendre n vers l'infini, 3$\rm \fbox{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}}=1

De plus, supposons que l'un des deux soit rationnel, alors l'autre l'est aussi.
Dans ce cas il existe p,p1 et q dans N* tels que 3$\rm a=\frac{p_{1}}{q} et b=\frac{p_{2}}{q}.
Mais :
3$\rm p_{1}p_{2}=E\(p_{2}q\frac{p_{1}}{q}\)=E\(p_{1}q\frac{p_{2}}{q}\) qui est dans S(a) et S(b). Absurde.

Sens indirect:

On sait que 3$\rm C(a,n)+C(b,n)=n
Ainsi pour n=1, 1 est dans3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(ka)\le n\} ou 3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(kb)\le n\} mais pas dans les deux.

montrons alors par récurrence sur n que 3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(ka)\le n\} et 3$\rm \{k\in \mathbb{N}*|E(kb)\le n\} forment une partition de 3$\rm [|1,n|].

On a 3$\rm n+1=C(a,n+1)+C(b,n+1)

Supposons que n+1 ne soit ni de la forme E(ka), ni de la forme E(kb), alors 3$\rm C(a,n+1)=C(a,n) et 3$\rm C(b,n+1)=C(b,n) et donc n+1=n Absurde

Supposons que n+1 soit en même temps de la forme E(ka) et E(kb) :
3$\rm C(a,n+1)=C(a,n)+1 et 3$\rm C(b,n+1)=C(b,n)+1 et donc n+1=n+2 Absurde.

CQFD


Jord

Posté par
xunil
re : Théoreme de Beatty 21-07-08 à 10:50

excusez moi de remonter un ancien sujet mais je trouve ce genre de démo intéressante mais ca coince:

au niveau du lemme 1, je suis d'accord avec les équivalences mais je ne vois pas en quoi elles permettent de démontrer l'égalité : 3$\rm%20C(a,n)=Es\(\frac{n+1}{a}\)-1

moi j'aurais en plus montrer que : k\in C(a,n) ssi k>Es\(\frac{n+1}{a}\)-1 ?

merci

Posté par
stokastik
re : Théoreme de Beatty 21-07-08 à 10:52

Joli ce théorème. Merci de l'avoir remonté.

Posté par
xunil
re : Théoreme de Beatty 21-07-08 à 19:18



il est beau mais n'attire pas beaucoup de curieux...

Posté par
xunil
re : Théoreme de Beatty 22-07-08 à 18:01

1$\white{.}

Posté par
xunil
re : Théoreme de Beatty 23-07-08 à 12:56

1$\white{.}

Posté par
xunil
re : Théoreme de Beatty 24-07-08 à 20:48

vraiment personne ?



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