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|cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)|

Posté par
Sylvieg Moderateur
10-11-21 à 16:06

Bonjour,
Sujet inspiré par Complexe :
Pour démontrer |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 1 pour tout n de , j'ai cherché à démontrer ceci :
Soit n un entier, parmi les 4 cosinus suivant, cos(n), cos(n+1), cos(n+2), cos(n+3), y en a-t-il toujours au moins 2 dont la valeur absolue est supérieure ou égale à 1/2 ?
Je pense avoir démontré que oui, mais de manière très (trop) laborieuse.
Deux questions :
1) Pouvez-vous le confirmer ?
2) Peut-on le démontrer d'une manière pas trop pénible ?

Posté par
dpi
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 10-11-21 à 17:34

Bonjour,
Je suis bien trop faible en complexes ,mais statistiquement,je vérifie bien :
1 /somme >1   et même >2
2/au moins deux valeurs >0.5 et souvent 3

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 10-11-21 à 17:52

Bonsoir dpi et merci pour ta réponse.
Il n'y a pas du tout de complexe dans le sujet du lien

Posté par
verdurin
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 10-11-21 à 18:10

Bonsoir,
les points d'abscisse circulaire x tels que |cos(x)|<1/2 sont sur les arcs rouges AC et DB.
La longueur de ces arcs est /31.047.
Il y a donc au plus 2 points entiers consécutifs sur un de ces arc et les deux précédents ainsi que les deux suivant sont sur les arcs noirs où la valeur absolue du cosinus est plus grande que 1/2.

Si l'intervalle [n ; n+3] commence et se termine sur un arc rouge les points n+1 et n+2 sont sur un arc noir car la longueur de ces arcs est plus grande que 2.

|cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)|

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 10-11-21 à 20:44

Merci verdurin pour ta réponse.
J'avais utilisé la même figure, mais détaillé plus le pourquoi du comment ensuite.

Posté par
dpi
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 11-11-21 à 08:49

Ne peut on pas partir de:
Cos(a+b)= cosacosb-sinasinb
nous avons donc cos (n+1)=I( 0.54.. cosn)-(0.84..sin n)I
jusqu'à n+3

Posté par
carpediem
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 11-11-21 à 09:24

salut

j'étais parti d'une idée qu'il m'aurait semblé aussi très laborieuse à développer et que verdurin résume simplement ...

je donne tout de même un idée :

on peut remarquer que n, n + 1, n+ 2 et n + 3 < n + correspondent à quatre points d'un même demi-cercle

en prenant leur cosinus puis la valeur absolue "il est certain" qu'au moins deux points images des nombres |cos (n + k)| avec k {0, 1, 2, 3} appartiennent à l'arc AB (de la figure de verdurin ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 11-11-21 à 21:17

Citation :
à l'arc AB
il faut compléter par "ou à l'arc CD", non ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 11-11-21 à 21:21

Mon idée était de démontrer que si deux points parmi n, n+1, n+2, n+3 sont sur la partie rouge du cercle alors les deux autres n'y sont pas.
Je séparais en trop de cas différents.
J'avais vu que si deux entiers consécutifs sont sur la partie rouge du cercle alors ils sont tous les deux sur le même arc.
Mais je n'avais pas pensé à exploiter cette propriété donnée par verdurin :

Citation :
Il y a donc au plus 2 points entiers consécutifs sur un de ces arc et les deux précédents ainsi que les deux suivant sont sur les arcs noirs
Elle permet de démontrer qu'il est impossible d'avoir au moins 3 points parmi n, n+1, n+2 et n+3 dans la partie rouge du cercle :
Si parmi n, n+1, n+2 et n+3 il y a au moins trois points dans la partie rouge du cercle, il y en a deux qui sont consécutifs. Et les deux qui les précèdent ainsi que les deux qui les suivent sont dans la partie noire. Contradiction.

Posté par
carpediem
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 11-11-21 à 21:41

Sylvieg @ 11-11-2021 à 21:17

Citation :
à l'arc AB
il faut compléter par  "ou à l'arc CD", non ?
oui sans la valeur absolue mais ensuite dans l'arc AB en prenant la valeur absolue

ce qui nous donne deux moitiés en bas et en haut des arcs rouges de verdurin

plus précisément si P, Q, R et S sont les points images des réels |cos (n + k)| ils se trouvent tous dans le demi-cercle est du cercle et donc au moins deux sont dans l'arc AB

au début je voulais faire un peu comme toi ... mais trop de cas à considérer ...
ensuite en ayant vu que 3 < pi j'avais l'idée mais je ne savais pas comment l'exprimer à peu près convenablement ... et c'est verdurin qui m'a débloqué pour dire raisonnablement ce que je viens de dire ou à 9h24 !!

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 08:31

J'ai fini par trouver une démonstration qui me convient
Si k réel est représenté dans une partie rouge du cercle alors k+2 est représenté dans une partie noire.
En effet, k+2 ne peut pas être représenté dans le même arc rouge que k car les arcs rouges ont pour longueur pi/3 alors que 2 > /3.
Et k+2 ne peut pas être représenté dans l'autre arc rouge car les deux arcs rouges sont séparés par des arcs de longueur 2/3 alors que 2/3 > 2.
Les configurations suivantes sont donc impossibles :
(n, n+1, n+2, n+3) (n, n+1, n+2, n+3) (n, n+1, n+2, n+3) (n, n+1, n+2, n+3) (n, n+1, n+2, n+3)
Il ne reste que des configurations avec au moins deux des quatre entiers dans une zone noire.

Posté par
GBZM
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 08:55

Bonjour,

Une vison déroulée : sur la droite réelle des intervalles rouges de longueur \pi/3 espacés de 2\pi/3. La disposition est périodique de période \pi.
Un intervalle de longueur 3<\pi, divisé en 3 morceaux de longueur 1 par 4 piquets,
- soit rencontre un seul intervalle rouge et a 1 ou 2 piquets dans cet intervalle car 1 <\pi/3<2,
- soit rencontre deux intervalles rouges sur une longueur totale de 3-2\pi/3 <1 et a donc uniquement les deux piquets des extrémités dans le rouge.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:04

Bonjour GBZM,
Le vison est passé de mode
En fait, j'avais envie d'une "vision" où le pourquoi du comment peut s'expliciter de manière simple algébriquement.
Avec mon histoire de k+2 :
Si |cos(k)| < 1/2 alors il existe t entier tel que
/3 + t < k < 2/3 + t
donc
/3 + 2 + t < k + 2 < 2/3 + 2+ t
Or /3 < 2 < 2/3.
D'où
/3 + /3 + t < k + 2 < 2/3 + 2/3 + t
Ce qui s'écrit aussi
2/3 + t < k + 2 < /3 + (t+1)
Conclusion : |cos(k+2)| > 1/2.

Posté par
GBZM
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:09

Avec la vision déroulée, on a clairement que si deux réels sont à distance 2 et si l'un est dans un intervalle rouge, alors l'autre est forcément en dehors des intervalles rouges puisque la longueur des intervalles rouges est < 2 et que l'écart entre deux intervalles rouges est >2.

Posté par
Ulmiere
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:10

|\cos (n+a)| = |\cos n\cos a - \sin n\sin a| \geqslant |\cos n||\cos a| - |\sin n||\sin a|

Donc \sum_{a=0}^3 |\cos(n+a)|\geqslant |\cos n| \times \sum_{a=0}^3 |\cos(a)| - |\sin n| \times \sum_{a=0}^3 |\sin(a)| \geqslant 2.60|\cos n| - 2.65|\sin n|

Maintenant je note C_n = |\cos n| et S_n = |\sin n|. Et aussi a = 2.60 et b = 2.65.


\begin{array}{lcl}
 \\ (aC_n - bS_n)^2 &=& a^2 C_n^2 + b^2S_n^2 - ab\times 2C_nS_n\\
 \\ &=& a^2C_n^2 + b^2S_n^2 - abS_{2n}\\
 \\ &=& (a^2 + b^2) + (b^2-a^2)S_n^2 - abS_{2n}\\
 \\ &\geqslant& (a^2+b^2)/2 + (b^2-a^2)S_n^2 \textrm{ parce que } S_{2n}\leqslant 1\textrm{ et } ab\leqslant (a^2+b^2)/2\\
 \\ &\geqslant& (a^2+b^2)/2
 \\ \end{array}

donc notre borne inférieure est meilleure que \sqrt{6.89125}>2.62>2.

Ensuite, on utilise le fait que, si x et y sont positifs, x+y>2 \implies x>1 ou y>1
puis deux fois le fait que u+v > 1 \implies u>1/2 ou v>1/2

Sauf erreur de ma part

Posté par
Ulmiere
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:13

En fait ça ne marche que quand la borne inférieure en question est positive, ce qui n'a pas l'air évident

Posté par
Ulmiere
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:17

Mais l'inégalité triangulaire inversée donne aussi l'autre inégalité

\sum_{a=0}^3 \dots \geqslant b|\sin n|-a|cos n| et le même raisonnement doit produire une autre borne > 2 donc en fait ça va

Posté par
Ulmiere
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 12:19

En fait même pas besoin, il suffit de ne pas appliquer l'inégalité triangulaire inversée du tout à la première ligne.

Désolé du quadruple post, je m'arrête là

Posté par
dpi
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 14:16

Assez satisfait que Ulmiere ait utilisé mon départ du11 à 8h49

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : |cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)| 12-11-21 à 17:29

La vision déroulée suggérée par GBZM :
|cos(n)|+|cos(n+1)|+|cos(n+2)|+|cos(n+3)|
A( (/3) + t ), B( (2/3) + t ), C( (/3) + + t ),
E( (/3) + 2 + t ), F( (2/3) + 2 + t )

Si M(x) est dans le segment [AB] alors N(x+2) est dans le segment [EF].



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