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Niveau Maths sup
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Equation dans Z/pZ

Posté par
infophile
20-03-08 à 20:14

Bonsoir

J'ai besoin d'aide pour un exo que j'ai eu en khôlle et j'ai lamentablement séché dessus, je ne maitrise pas du tout les classes d'équivalences, j'ai pas encore eu le délic.. du coup c'était ma plus mauvaise khôlle

Citation :
Résoudre l'équation 3$ \rm x^2+x+\overline{1}=\overline{0} dans 3$ \rm \mathbb{Z}\backslash p\mathbb{Z} avec 3$ \rm p premier.


J'ai traité le cas 3$ \rm p=2 et il n'y a pas de solutions.

Donc 3$ \rm p est impair et par suite 3$ \rm p+1 est pair.

Or 3$ \rm \overline{p+1}=\overline{1} donc on peut écrire 3$ \rm x^2+\overline{p+1}x+\overline{1}=\overline{0}

Soit encore : 3$ \rm \(x+\overline{\frac{p+1}{2}}\)^2=\overline{\frac{p-3}{2}}

Une fois ici j'ai plus su quoi faire, il va y avoir des conditions sur 3$ \rm p non ?

Merci

Posté par
lolo217
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:17

le plus simple me semble d'utiliser  x3-1

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:21

Hum 3$ \rm x^3-1=(x-1)(x^2+x+1) ok, mais ça va me servir dans la suite de mon raisonnement ou bien il faut que je reprenne du début ?

Posté par
lolo217
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:23

non tu n'utilises que ça , sachant  que  x  est différent de  1  sauf si  p=3, tu dois penser à la structure de groupe

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:27

Ok donc on doit résoudre 3$ \rm x^3=\overline{1} donc l'inverse de x c'est x² si j'puis dire...

Qu'est-ce que j'vais bien pouvoir en faire

Je réfléchis..

Posté par
yos
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:38

Bonsoir.
Comme au lycée : (x+1/2)^2+3/4=0 . L'existence de solutions équivaut donc au fait que -3 est un carré modulo p.

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 20:51

Bonsoir

Si je m'en réfère ici Défi - Khôlle : -3 carré parfait (merci momo ) -3 est un carré modulo p ssi p est de la forme 3k+1 non ?

Posté par
Tigweg Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 21:00

Bonsoir à tous

yos->Que veux-tu dire? 3/4 n'a pas de sens a priori, on n'est pas dans C!

Ou alors tu appelles 3/4 l'unique solution de l'équation 4x=3?

Dans ce cas ça dépend des valeurs de p (il faut qu'il soit supérieur ou égal à 5), mais je n'ai vu cette notation dans aucun livre...

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 21:09

Salut Greg

Tu peux me filer un tuyau pour poursuivre ?

Posté par
Tigweg Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 21:15

Salut Kevin!

Malheureusement là je dois y aller!
Mais demain si tu veux!

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 21:17

Ok

Bonne soirée Greg !

Posté par
yos
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 22:17

3/4 n'a pas de sens dans Z/pZ ?? On m'avait pourtant dit que dans un corps les divisions sont permises! je suppose p différent de 2 bien sûr comme l'a dit infophile.

Posté par
lolo217
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 22:43

x3=1  avec  x  différent de 1 signifie qu'il y a dans Z/pZ  un éléemnt d'ordre  3 exactement donc on a une (et donc deux) soluitons si et seulement si 3  divise  p-1  car  (Z/pZ)*  est cylcique nul besoin de résidu quadratique.

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 23:12

D'accord je vois on utilise Lagrange

On a donc p de la forme 3k+1 comme sur le lien et -3 est un carré modulo p (j'essaierai de le montrer).

Donc la CNS c'est que p soit sous cette forme ?

Et est-ce qu'on peut déterminer les solutions x en fonction de p ?

Merci !

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 23:12

PS : c'est quoi les résidus quadratique ?

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 23:14
Posté par
lolo217
re : Equation dans Z/pZ 20-03-08 à 23:15

la cns c'est soit  p = 3 (et alors  x=1)  soit  p =1  modulo 3.

Non on peut pas trouver  x  en fonction de p.
x  est résidu quadratique si c'est un carré modulo p .

exemple  -1  est résidu ssi  p=2 ou  p=1  modulo 4
-2  est résidu ssi  p = + ou - 1  modulo 8  (ou  p=2).

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 02:57

D'accord merci lolo217

Posté par
Tigweg Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 03:29

Citation :
3/4 n'a pas de sens dans Z/pZ ?? On m'avait pourtant dit que dans un corps les divisions sont permises!


-> Je voulais simplement te faire remarquer (ne connaissant pas ton niveau) que cette notation était, au mieux, inhabituelle!Cela dit, on peut tout-à-fait lui trouver un sens pourvu que p soit différent de 2, comme je le disais moi-même juste après.

Posté par
1 Schumi 1
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 08:30

Salut tout le monde,

Kévin >> Un 'ti conseil: Les barres au dessus de tes nombres: OUBLIES-LES. Travail avec tes classes d'équivalences exactement comme si tu travailles avec des entiers, sinon c'est vraiment casse-tête de travailler dans Fp, on voit rien alors que c'est plutôt simple.

Euh rassure moi: Fp vous le faites en tant que "complément" hein? Nous c'est à peine si on va (re)voir l'arithmétique de Term alors...

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 14:09

Salut

Comment ça je les oublie ? C'est bien des classes d'équivalences non ? Mon problème aussi c'est que j'ai l'impression de ne pas pouvoir manipuler ces classes comme des entiers.

Par exemple si je veux résoudre dans Z ! 10x\equiv 14[18] est-ce que je dois me placer dans Z/18Z ?

Il faut que j'éclaircisse tout ça j'ai un DS la semaine pro

Merci !

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 14:31

Bonjour Kevin. En effet pour résoudre 10x14 (mod 18) on se place dans Z/18Z. On peut oublier les barres, mais au début il vaut mieux les garder, pour ne pas oublier ce que l'on fait.

Vas-y essaye pour ton équation.

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 14:44

Je ne sais pas qu'est-ce que j'ai le droit de faire avec ces classes

On peut écrire dans Z/18Z : \overline{10}x=\overline{14} mais comment trouver x ? On ne peut pas "diviser" comme avec des réels...

Merci Camélia

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 14:55

Ah non faut que j'utilise euclide pour trouver l'inverse de 10 modulo 18..

J'essaie !

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:01

Non, surtout pas d'autant plus que 18 n'étant pas premier, ce n'est pas un corps et 10 n'est pas inversible dans Z/18Z.

Alors première méthode (cas désespéré) calculer \overline{10x} pour x variant de 0 à 17; on cverra bien quand et si on tombe sur \overline{14}

Deuxième méthode. On cherche des entiers x pour lesquels il existe k vérifiant 10x=14+18k. ça revient à 5x=7+9k où encore 5x-9k=7. Comme 5 et 9 sont premiers entre eux, un petit coup d'Euclide:
2.5-9=1 et on obtient tous les couples u et v tels que 5u+9v=1 sous la forme (2+9v)5-(1+5v)9=1.

On multiplie par 7: (14+18v).5-(7+35v).9=7. On multiplie par 2: (14-14.18v).10-(63v+7).18=14.

On a donc la solution unique x=\overline{14}

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:06

Mais le pgcd de 10 et 18 n'est pas 1 donc normalement ça ne devrait pas être inversible si ?

Sinon j'écris 5x = 7[9]

1 = 2*5 - 9

Donc l'inverse de 5 est 2 dans Z/9Z.

Donc x = 2*7 = 14 = 5[9]

Et on vérifie que x = 5[9] convient dans 10x = 14[18]

Right ?

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:07

Posts croisés, je lis le tien

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:09

Ce n'est pas inversible, mais ce n'est pas interdit d'avoir quand même des solutions. En fait, je m'attendais à en trouver plusieurs. Par exemple 4.2=4.7 (mod 10)

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:18

Citation :
2.5-9=1 et on obtient tous les couples u et v tels que 5u+9v=1 sous la forme (2+9v)5-(1+5v)9=1.

On multiplie par 7: (14+18v).5-(7+35v).9=7. On multiplie par 2: (14-14.18v).10-(63v+7).18=14.


Faute de frappe ?

Pourquoi on fait tout ça ? Ca va pas ce que j'ai écrit ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:27

En effet! Bêtise et justification du pourquoi:

(14+63v).5-(7+35v).9=7
(14+63v).10-(7+35v).18=14

On a 63=3.18+9
Solutions: modulo 18: v=0 x=14;
v=1 x=14+9=23=5
v=2 x=14+18=14, donc on a fini.

Comme tu vois mon intuition est meilleure que mon calcul mental:

Solutions: x=\overline{14} et x=\overline{5}

le but de l'écriture complète d'Euclide est justement de ne pas perdre des solutions!

Posté par
1 Schumi 1
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:30

Euh si, il me semble que c'est correct ce que tu as fait. Enfin sur le principe je vois pas de faute de raisonnement.

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:42

Ok merci

Je vais essayer de résoudre 10x = 14[15] mais mon petit doigt me dit qu'il n'y a pas de solutions

On cherche des entiers x pour lesquels il existe k vérifiant 10x = 14 + 15k soit encore 10x - 15k = 14

Là le prob c'est que 10 et 15 ne sont pas premiers entre eux..

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 15:53

En effet il n'y a pas de solution. Voici une jolie méthode, pas très généralisable.

10x=14 (mod 15)10x=-1 (mod 15)10(-x)=1 (mod 15)
et alors 10 serait inversible dans Z/15Z ce qui n'est pas car 10 et 15 ne sont pas premiers entre eux.

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:23

Bien vu

J'essaye de généraliser un peu :

On cherche à résoudre ax=b[n] <=> ax - kn = b

Soit d = pgcd(a,n) on a d'après Euclide au+nv = d

Si d|b alors il existe k' tq b = dk'

Donc ax-kn = dk' = (au+nv)k' <=> a(x-uk') = n(vk'+k)

On retrouve que si d = 1 alors x-uk' = 0[n] <=> x = ub/d[n]

Mais avec quelques essais je crois que ça marche même si d différent de 1 tant que d divise b.

Je cherche...

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:27

Salut Kevin, je comprend pas le problème dans 10x=14 [15]
10x est divisible par 5. 15k est divisible par 5 mais pas 14 donc y'a pas de solution

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:30

Oui on peut justifier comme ça aussi c'est vrai

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:30

Eh bien! Voilà la simplicité de l'innocence! Tu as raison simon Nous essayons d'appliquer des super théorèmes et on ne voit pas plus loin que nos nez!

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:31

on se fiche de moi, ou c'est vrai que vous l'aviez pas vu
j'ai vraiment hésiter a poster parce que j'ai cru que quelque chose m'avais échappé ...

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:32

Oui toutes ces histoires de classes d'équivalences, inversibilité et tout m'ont fait oublier les bases de Term

Merci simon

Pour la généralisation vous avez une idée ? Ca m'a l'air de marcher dans tous les cas si d=pgcd(a,n) divise b..

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:33

en fait, ce qui est plus interessant, c'est de trouver un CNS sur a,b et n, pour que ax\equiv b[n] ai une solution dans \mathbbr{N}...

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:35

Oui c'est bien ce que j'essaye de faire

A priori je dirais qu'il faut que le pgcd de a et n divise b, mais faut le montrer

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:37

bah en fait, j'était en train de penser a ca: si le PGCD de a et de n ne divise pas b alors, ca n'a pas de solution. Mais si PGCD (a,n) divise b, avec bezout, on a : il existe x et k tel que ax+nk=PGCD(a;n). b=dPGCD(a;n) donc il existe x et n tel que (dx)a+(dk)n=b donc ca marche. Est-ce que c'est nécéssaire...

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:38

apparement ca suffit pour conclure, non, ax\equiv b[n] ssi PGCD(a;n)|b

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:45

Oui si tu lis plus haut j'ai utilisé Bézout aussi, mais je pense qu'on peut avoir mieux qu'une CNS, j'ai essayé avec pas mal d'exemple et je trouve que x = ub/d est solution (et j'essayais de trouver une démo qui le fasse intervenir).

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:47

ah! tu veux les solutions aussi!! ub/d est toujours entier en plus ca c'est cool^^

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:48

Je suis gourmand

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 16:58

Bon il suffit de vérifier que 3$ \rm x=\frac{ub}{d} convient :

3$ \rm ax=\frac{(au)b}{d}=\frac{(d-nv)b}{d}=b-nv\frac{b}{d}

Comme d divise b alors le deuxième est entier multiple de n donc on a bien 3$ \rm ax=b[n]

Ca suffit non ?

Posté par
simon92
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 17:01

moi je pense que ouais !
attendons l'avis des pros

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 17:07

En gros il reste à montrer que si le pgcd de a et n ne divise pas b alors il n'y a pas de solutions (ça serait cool )

Posté par
infophile
re : Equation dans Z/pZ 21-03-08 à 17:09

Ah ben non c'est bon

ax=b[n] <=> ax - kn = b et on a vu en Term que l'équation admet des solutions ssi le pgcd de a et n divise b justement.

Parfait !

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