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equation diophantienne??

Posté par
elidrissi
23-01-13 à 20:46

Bonjour, j'aimerais un conseil sur le moyen de résoudre: x²+y²=1009 en Z² sachant qu utiliser le cercle sera trop long et pas trés pratique.
merci d'avance

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 21:24

Bonjour,

Citation :
utiliser le cercle
??

1009 étant un nombre premier 1 modulo 4, il y a une et une seule solution

il y a divers algorithmes plus ou moins efficaces pour la trouver

Legendre :
A0 = 1, B0 = 0, C0 = -p, N = [p]
en notant [ ] la partie entière.
Répéter jusqu'à An + Cn = 0 (l'arrêt n'est garanti que si p = 4k + 1 premier) :
mi = [(|Bi| + N)/|Ai|], Ai+1 = Aimi² + 2Bimi + Ci, Bi+1 = Aimi + Bi, Ci+1 = Ai
Alors p = |An|² + |Bn|².

Heath-Brown :
Pour p = 4k + 1 posons x = k, y = 1, z = 1 puis répéter les transformations
si x > y + z : x = x - y - z, y = y, z = 2y + z
si x < y + z : x = y + z - x, y = x, z = 2x - z
(invariant 4xy + z² = p, x - y + z > 0)
jusqu'à x = y. Alors p = 4x² + z²

voir du côté de Cornaccia ? peut être ou des trucs plus sophistiqués, mais ils ne deviendront plus efficcaces que la force brute ou les algorithmes précédents que pour de plus grands nombres que 1009, qui est "tout petit" en fait.

si seul le résultat est désiré et qu'on n'a pas besoin de détailler la méthode, il y a des scripts en ligne sur internet, ou des fonctions directes dans les logiciels de calcul (Maxima, Xcas, Math trucmuche etc)

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 21:25

PS
il y a une et une seule solution dans ² avec 0 < x < y
cela donne 8 solutions dans ²

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 22:52

oui, jai vu sur un forum que cest la fonction d'un cercle ou quelque chose de ce genre.
en fait je ne cherche pas la force brute, bien que le résultat soit important et tes techniques supers intéressantes. mais cest que je résoud un exo d IMO et cest la dernière étape qu il me reste à franchir (chuis en seconde donc je connais pas grand chose) cest pour ça que je doit trouver la meilleur technique possible, pour , si jamais je suis choisi, avoir le maximum de notes ^^

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 22:53

en fait ce sera plus la fonction d un demi-cercle que celle d un cercle

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 23:09

Si je comprends bien tu cherches sur ce cercle (demi cercle / quart de cercle) juste les points à coordonnées entière en fait

à moins d'utiliser l'algo que je t'ai donné (Legendre, l'autre est trop lent) et alors tu auras du mal à le justifier, la méthode la plus simple pour toi c'est "la force brute" :

tu essayes systématiquement
x = 1, y = racine de (1009 - x²) = racine (1008) pas entier
x = 2, y = racine de (1009 - x²) = racine (1005) pas entier
x = 3, idem
... etc
jusqu'à
x = racine carrée de (1009/2) = 22 (en nombres entiers)

au bout d'une quinzaine d'essais tu tomberas sur la solution unique pour x > 0
prouver qu'elle est unique va te faire continuer jusqu'à x = 22.

il n'y a pas d'autre méthode que les algorithmes ou la force brute.
(justifier qu'il suffit de s'arrêter à x = 22 par l'échange de x et y, donc on se contente de chercher x < y)

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 23:15

en fait je crois plutot qu on peut continuer jusqu a 31, parceque 31²=961 et 32²=1024 donc trop grand. pour x=31 on a y=48, pas un carré parfait, mais ça n empeche pas qu il yait des carrés parfaits pour x entre 22 et 31
pour la force brute, on peut aussi nous limiter au nombres paires ou aux nombres impaires, ce qui divise par 2 le nombre de calculs à faire, parce que c et y sont de paritée différente.
qu en penses tu?

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 23:25

par exemple le couple (28;15) est une réponse, mais 28>25.
comme on a les nombres au carré, ça change un peu, je crois.

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 23:34

Citation :
ça n empeche pas qu il y ait des carrés parfaits pour x entre 22 et 31
certes, mais ça n'a aucun rapport avec ce qu'on cherche. On ne cherche pas juste des carrés mais des sommes de deux carrés.

Soit tu limites à x < y
et donc 1009 = x² + y² > 2x² et donc x < (1009/2) = 22 comme j'ai dit.
totalement inutile de poursuivre jusqu'à 31 : entre 22 et 31 x serait plus grand que y.

soit tu limites à x pair (un des deux est pair et l'autre impair)
mais alors tu dois poursuivre effectivement jusqu'à 1009 = 31

Limiter à x pair (ou impair d'ailleurs) jusqu'à n, ou limiter à tous les x jusqu'à (n/2)

la méthode de ne tester que les x pairs jusqu'à 31 est un peu plus efficace effectivement (dans un rapport 2 dans le pire cas) que de tester tous les x jusqu'à 22 seulement : ici tu ne testeras que 15 nombres pairs environ au pire cas au lieu de 22 nombres au pire cas.

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 23-01-13 à 23:46

Citation :
par exemple le couple (28;15) est une réponse
oui, c'est même à échange de x et y et aux signes près la SEULE

elle est obtenue en testant tous les x jusqu'à 22 (et on trouve x = 15, y = 28)
15 essais

ou bien en testant les x pairs jusqu'à 31, et on trouve x = 28, y = 15
14 essais, on n'a pas gagné grand chose

ou bien en testant tous les x impairs jusqu'à 31 et on trouve x = 15, y = 28
8 essais

mais on ne peut pas savoir à priori si le plus petit des deux nombres sera le nombre pair ou le nombre impair !
1013 donne 23²+22² c'est le nombre pair le plus petit (de peu)

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 24-01-13 à 00:24

ok merci pour l'aide, ceci m'aide beaucoup ^^

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 24-01-13 à 00:58

en fait un ami m a parlé d une façon de la résoudre avec les modulos. je sais que c est possible pour celles du 1er de gré, mais pour cela est ce possible?
et remerci

Posté par
mathafou Moderateur
re : equation diophantienne?? 24-01-13 à 01:49

demandes lui sa méthode

je citais vaguement l'algorithme de Cornacchia (après vérif de l'orthographe)
C'est effectivement "the" algorithme efficace pour ça (dès que le nombre à décomposer devient grand)
il utilise effectivement des congruences et on commence par chercher en tirant au sort !! on a à chaque essai aléatoire 1/2 de tomber juste donc 1/2 de rater au premier coup, 1/4 au 2ème, 1/8 au 3ème etc 1/2n au nième essai, de sorte que dans la pratique un nombre d'essais "assez faible" permet de tomber pile (s'ils sont vraiment aléatoires)
Ce qu'on cherche avec ça ?

un nombre r0 tel que r02 -1 modulo N
ensuite on trafique l'algorithme d'Euclide, en cascade, pour trouver une suite de ri avec
r1 N mod r0
r2 N mod r1
etc ...
en s'arrêtant quand rk < N
x = rk et y = (N - x²) si y entier
(sinon il n'y a pas de solution)

bref la complication de cet algorithme ne vaut le coup (coût) que vraiment pour de grands nombres (tels que M soit de plusieurs milliers)
sinon la force brute sera plus efficace !

de la doc utile sur ces sommes de carrés là : (c'est en anglais) où on trouve un script pour obtenir la décomposition d'un nombre quelconque en somme de carrés (liens au même endroit)

Posté par
elidrissi
re : equation diophantienne?? 24-01-13 à 12:13

Merci pour ton aide, tout cela mais été vraiment utile ^^ je noterais toute ces techniques, on ne sait jamais quand on en aura besoin :p

amicalement: Anas



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