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Calcul de PGCD

Posté par
etoile13
14-12-24 à 20:05

Bonsoir,
Voici l'énoncé de l'exercice
Soit n ∈ N*. Calculons 5^n - 1 et 5^{n+1} - 1.

Pour cela, j'ai utilisé le théorème de Bézout. Soient a et b des entiers relatifs. D'après le théorème de Bézout, il existe deux entiers u et v tels que :

a u + b v = PGCD(a, b)

Ainsi, nous avons :

(5^n - 1)u + (5^{n+1} - 1)v = PGCD(a, b)
 \\
<=>

(5^n - 1)(-5) + (5^{n+1} - 1)(1) = 4
 \\
Montrons que 4 | 5^n - 1  et  4 | 5^{n+1} - 1.

Cela peut être montré par récurrence. Pour tout n ∈ N*, montrons que 5^n - 1 = 4k avec k ∈ Z. Faut-il faire une deuxième récurrence pour montrer que 4 | 5^{n+1} - 1, ou peut-on simplement le déduire à partir de la première récurrence ?

J'aimerais aussi utiliser une autre méthode (qui me semble moins longue) :

5^n - 1 = (5 - 1) \sum_{k=0}^{n-1} 5^k 1^{n-1-k}
 \\
Mais je ne sais pas comment montrer que cette somme est égale à 4k.

Merci pour votre aide,

Posté par
verdurin
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 20:29

Bonsoir,

5-1=4

et \sum_{k=0}^{n-1} 5^k 1^{n-1-k}=\sum_{k=0}^{n-1} 5^k est un entier

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 20:52

Merci pour votre réponse.
Donc on obtient 4K avec K =\sum_{k=0}^{n-1} 5^k ?

Posté par
verdurin
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 21:40

Oui

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 21:53

Ensuite, pour  4 | 5^{n+1} - 1, j'ai juste à faire :
 4\sum_{k=0}^{n} (5^k 1^{n-k})=4 \sum_{k=0}^{n} 5^k
 \\ ?

Posté par
carpediem
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 21:57

salut

que signifie

etoile13 @ 14-12-2024 à 20:05

Voici l'énoncé de l'exercice
Soit n ∈ N*. Calculons 5^n - 1 et 5^{n+1} - 1.
  

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 14-12-24 à 22:30

Bonsoir,

Oui pardon, je voulais dire :  
Calculer PGCD(5^n-1, 5^{n+1}-1)

Posté par
carpediem
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 08:52

alors une remarque dans la rédaction :

etoile13 @ 14-12-2024 à 20:05

(5^n - 1)(-5) + (5^{n+1} - 1)(1) = 4
 \\                (*)
Montrons que 4 | 5^n - 1  et  4 | 5^{n+1} - 1.


(*) te permet seulement de conclure que le pgcd divise 4 mais tu n'es pas certain que ce pgcd est 4

il ne faut donc pas dire "montrons" mais "vérifions si " ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 09:09

Bonjour,
Je réponds à cette question :

Citation :
Pour tout n ∈ N*, montrons que 5^n - 1 = 4k avec k ∈ Z. Faut-il faire une deuxième récurrence pour montrer que 4 | 5^{n+1} - 1, ou peut-on simplement le déduire à partir de la première récurrence ?
Si il est démontré que 4 divise 5n-1 pour tout n de * alors 4 divise 5m-1 pour tout m de *.
Remplacer m par n+1

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 09:24

Par ailleurs le théorème de Bezout n'est pas utile.
En effet, si \; au + bv = c \; et que \; d \; est le pgcd de \; a \; et \; b
alors \; da'u + db'v = c \; ; donc \; d \; divise \; c .
Ça n'utilise que des choses élémentaires sur la divisibilité.

Je propose cette rédaction :
On a \; (5^n - 1)(-5) + (5^{n+1} - 1)(1) = 4 .
Donc le pgcd cherché est un diviseur de 4.
Il reste à démontrer que 4 divise les deux entiers \; 5^n - 1 \; et \; 5^{n+1} -1 .

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 09:54

Bonjour,

Merci pour vos retours, je prends en compte vos corrections sur ma rédaction

En revanche, si j'utilise le théorème de Bézout, je ne suis pas sûre de comprendre pourquoi il est nécessaire de vérifier que 4 divise les 2 entiers a et b. J'ai fait plusieurs exercices où ce n'était pas le cas

Citation :
a \;  (5^n - 1)(-5) + (5^{n+1} - 1)(1) = 4 .
Donc le pgcd cherché est un diviseur de 4.
Il reste à démontrer que 4 divise les deux entiers  \; 5^n - 1 \; et \; 5^{n+1} -1 .
Ici aussi, j'ai juste l'impression qu'on se sert implicitement du théorème de Bézout

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 10:14

Pour moi, le théorème de Bézout s'écrit avec 1 au second membre.
De plus, on peut avoir au+bv = c sans que c soit le pgcd de a et b.

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 10:34

Dans mon cours, le théorème de Bézout est défini comme suit :
au+bv = PGCD(a, b)
Mais oui, il me semble avoir vu qu'il s'agissait plutôt de l'identité/relation de Bézout et que le théorème de Bézout est plutôt le suivant : Soient a et b deux entiers premiers entre eux, il existe 2 entiers relatifs u et v tels que : au+bv = 1.

Donc pour être tout à fait exacte, je
devrais plutôt parler de la relation de Bézout si je comprends bien ?


Pour l'exercice suivant : Déterminer le pgcd de 9n+4 et 2n-1 (avec n entier naturel), je suis donc censée vérifier que le pgcd obtenu divise 9n+4 et 2n-1 ?
Mais je n'aurais donc pas besoin de faire une vérification si l'énoncé est le suivant : Montrer que 9n+4 et 2n+1 sont premiers entre eux ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 11:19

Citation :
Dans mon cours, le théorème de Bézout est défini comme suit :
au+bv = PGCD(a, b)
Qu'est-il écrit avant et après \; au+bv = PGCD(a, b) \; ?

Pour répondre à ta dernière question :
Si \; au+bv = 1 , alors le \; pgcd de a et b \; divise \; 1 . Il est donc égal à \; 1 .
On le sait bien avant d'avoir rencontré le théorème de Bézout.
Il suffit d'écrire \; da'u + db'v = 1 .

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 11:57

Il est écrit :
Théorème de Bézout : Soient a et b deux entiers relatifs tels que a,b différents de 0. Il existe 2 entiers relatifs u et v tels que :
PGCD(a, b) = au + bv (relation de Bézout).

Je vois, merci.

Posté par
carpediem
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 12:04

oui ça ne va pas et il faut revenir aux choses de base et dans l'ordre :

1/ si d divise a et b alors d divise toute combinaison linéaire de a et b

2/ si d = pgcd (a, b) alors il existe des entiers u et v tels que au + bv = d

3/ donc s'il existe des entiers p et q tels que m = pa + qb la seule chose que tu sais c'est que tout diviseur commun à a et b divise m

donc que ce n'est pas parce qu'un entier n s'écrit n = ax + by que n est le pgcd de a et b

et comme Sylvieg le dit cela n'est vrai que si n = 1

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 12:17

Oui, je comprends mieux. Merci

1. Cela signifie qu'il existe 2 entiers u et v tels que d|au+bv ?

Donc à partir du moment où le pgcd est différent de 1, il est nécessaire de vérifier que n divise a et b ?

Posté par
etoile13
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 12:22

1. Je rectifie. Si d|a et d|b, alors pour tout entier u et v, d|au+bv

Posté par
carpediem
re : Calcul de PGCD 15-12-24 à 12:28

oui tu sais simplement que le pgcd D divise n ...



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