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Niveau première
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Exercice pas comme les autres

Posté par
Khoulassa
13-07-20 à 04:57

**Bonjour**

On considère l'ensemble suivant:
        
               E=\left\{ 1 , 2 , ... , 2n \right\}
Tel que.  n .  entier  naturel   >1

Soient.    x_1 < x_2  < ... < x_n
et         y_n< y_{n-1}  < ... < y_1
des entiers de l'ensemble E deux à deux différents.

Montrer que:

             \sum_{i=1}^{n}~|x_i-y_i|=n^2

Posté par
malou Webmaster
re : Exercice pas comme les autres 13-07-20 à 08:13

Bonjour Khoulassa et bienvenue

Nous attendons tes premières recherches conformément à

attentionextrait de c_faq la FAQ du forum :

Q01 - Que dois-je faire avant de poster une question ?



ensuite l'échange pourra commencer

De plus ton profil indique "master", et tu postes en 1re ...quel est ton véritable niveau ?

attentionextrait de c_faq la FAQ du forum :

Q12 - Dois-je forcément indiquer mon niveau lorsque je poste un nouveau sujet ?



Posté par
Khoulassa
re : Exercice pas comme les autres 13-07-20 à 16:58

Bonjour
comme je l'ai mentionner dans le sujet il s'agit d'un exercice pas comme les autres que j'ai cherché longtemps la solution avant de demander de l'aide.
En ce qui concerne la différence entre mon niveau et le "niveau" de l'exercice: au fait c'est un exercice proposé par l'un de mes élèves car je suis un prof des maths.
j'attend avec impatience  votre réponse.

Posté par
Khoulassa
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 07:05

Bonjour tout le monde
Je pense que c'est trop dure 😫
Et si on commence par un cas particulier

x_1=1 , x_2=2 , ...x_n=n
ety_n= n+1 , y_{n-1}=n+2 , ... , y_1=2n


que ce que vous en pensez ?

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 07:24

Salut
Ton exercice est bien plus simple que tu le pense, procéde par reccurence sur n.
Si n =2, ça se vérifie facilement,
Ensuite exprime la somme |xi-yi|. Pour i compris entre 1 et n+1

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:04

Bonjour,
@flight,
Je la sens pas bien la récurrence.

@Khoulassa,
Dans ton cas particulier, on a bien la somme égale à n2.
Je crois avoir déjà rencontré cet exercice.
Voir les échanges entre des x et des y qui ne changent pas la somme ?
D'autres intervenants auront peut-être des souvenirs plus précis.

Posté par
Leile
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:27

bonjour,

je ne sens pas la récurrence non plus..
sans conviction, une piste :  
        \sum_{i=1}^{n}~(x_i-y_i)=   \sum_{i=1}^{n}~(x_i)   -   \sum_{i=1}^{n}~(y_i)  

puisque les xi et yi sont tous différents deux à deux, toutes les valeurs de l'ensemble E sont concernées, les x en representent la moitié, les y l'autre moitié.
je pose
    y_n< y_{n-1}  < ... < y_1  <  x_1  <  x_2 < ....  < x_n  

puis en exprimant
      \sum_{i=1}^{n}~(y_i)    et       \sum_{i=1}^{n}~(x_i)    en fonction de n, on doit pouvoir aboutir ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:34

Bonjour Leile
Si tu poses y_n< y_{n-1}  < ... < y_1  <  x_1  <  x_2 < ....  < x_n  , ça revient à
1 < 2 < ... < n < n+1 < n+2 < .... < 2n .

Par ailleurs il y a une valeur absolue dans la somme.

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:43

bonjour

une idée à mettre en forme mais qui, à mon avis peut donner la solution...

quand on range dans l'ordre (strictement) croissant les xi et les yi et que yn n'est pas en premier (=1), on a une configuration du genre

x1 < x2 < ... < xk < yn < ...

avec tous les entiers de1 à 2n présents une fois et une seule

en permutant xk et yn on s'aperçoit que la somme des |xi - yi| ne change pas car seuls |xn- yn| et |xk-yk| sont modifiés, l'un augmentant de 1 et l'autre diminuant de 1.

en reproduisant le processus sur les yi de proche en proche (à mettre en forme ), la somme cherchée est la même que si

yn1
...
y1=n
x1=n+1
...
xn=2n

d'où le résultat

du moins il me semble

Posté par
Leile
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:46

bonjour Sylvieg,

oui, c'est exactement  ça :
1 < 2 < ... < n < n+1 < n+2 < .... < 2n ,     les y sont les n premiers, les x sont les suivants.
ce qui fait que la somme des y est la somme des n premiers entiers consécutifs,
et la somme des x = somme des 2n premiers entiers consécutifs - somme des y


j'ai vu la valeur absolue : je pensais y revenir ensuite (si on aboutit par exemple à   -n² comme résultat.. ).
ensuite on vérifiera que si on intervertit deux valeurs (un x et un y), cela ne change rien..

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 10:58

et si on suppose l'egalité de l'énoncé vraie:

|xi - yi|  pour i compris entre 1 et n+1 = |xn+1-yn+1| + |xi - yi|   pour i compris entre 1 et n
avec xn+1 =2n+2   et yn+1=1   ca donne  

|xi - yi|  pour i compris entre 1 et n+1 =  2n + 2-1 + n² = n² +2n+1 =(n+1)²

non ?

Posté par
Leile
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:02

flight,
j'aime bien  ta solution très élégante. J'ai eu tort de ne pas avoir été au bout de la récurrence.

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:03

flight

qui te dit que xn+1=2n+2 et que yn+1=1 ??????

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:04

Leile

la récurrence de flight présuppose quelque chose dont on n'est absolument pas sûr

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:05

Et si \; xn+1 2n+2 \; ou \; yn+1 1 \; ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:06

Bonjour matheuxmatou

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:07

j'ai  yn+1  est plus petit que tout les autre dans E et donc c'est forcement 1
xn+1  est plus grand que tout les autres et dans E c'est donc 2(n+1)=2n+2

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:08

bonjour Sylvieg

la récurrence de flight peut fonctionner avec un gros travail supplémentaire... par exemple, avec ma méthode exposée à 10:43 en ramenant yn+1 en première position et y1 en dernière position... mais c'est à rédiger proprement

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:09

flight

mais qui te dit que yn+1 est plus petit que tous les xi ???????

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:10

x1 < x2 < ......xn+1

yn+1 < yn <.......< y1

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:11

m'enfin flight ...

et si x1 = 1 ; x2 = 2 et yn+1=3 ???????

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:14

Une remarque :

x_1 < x_2  < ... < x_n \; et \; y_n< y_{n-1}  < ... < y_1 .

Donc \; x_1 = 1 \; ou \; y_n = 1 \; et \; x_n = 2n \; ou \; y_1 = 2n .

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:15

j'ai simplement fais de la dissociation matheuxmatou , sur les xi et les yi , j'ai consideré que les xi et les yi n'etaient pas liés

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:16

sur les xi  (indépendamment des yi) j'ai juste observé la regle  x1 < x2 < ......<xn+1
et  sur les yi j'ai fais de meme

Posté par
flight
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:19

apres toutes vos suggestions me placent en doute , mais en meme temps ma reccurence à l'air de donner quelque chose qui serait dison plus "attendu" ....(on est en premiere pour ce post ... il faut pas chercher des trucs de sorcier je pense )

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:20

flight

là je sais plus quoi dire !!!!!

simplement tu ajoutes un hypothèse non formulée... ta démonstration ne fonctionne pas telle que tu l'as écrite...  mais peut fonctionner via ma remarque de 10:43

et je ne comprends pas ce que tu appelles "dissociation" ... car si tel est le cas faut prouver que la somme ne change pas quand on échange des x et des y ... et dans ce cas pas la peine de s'enquiquiner avec une récurrence et le faire directement ...

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 11:21

flight

le niveau d'étude du posteur est "master" ...

Posté par
carpediem
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:07

salut

ça fait un petit moment que je réfléchis à ce pb mais je n'étais pas intervenu car n'ayant pas d'idée convaincante ...

j'avais la même idée que matheuxmatou mais le rangement des deux suites dans l'ordre croissant est beaucoup plus compliqué que le seul cas qu'il présente ...

et il ne me semble pas que ça augmente et diminue que de 1 et -1 mais de p et -p avec p compris entre 1 et 2n - 1 ...


une autre idée qui est dans la même veine :

auparavant la notation de la suite (y_i) est malheureuse ... car perturbante

soit (x_i) et (y_i) deux suites quelconques strictement croissantes de n éléments de E = {1, 2, ..., 2n} donc : x_1 < x_2 < ... < x_n $ et $ y_1 < y_2 < y_n

on veut que s = \sum_1^n |x_i - y_{n - i}| = n^2

puisqu'on prend la valeur absolue cela signifie qu'on obtient la même somme qu'avec les suites (u_i) et (v_i) définie par : (u_i, v_i) = \left\lbrace\begin{matrix} (x_i, y_{n - i})& si & x_i >y_{n -i}\\ (y_{n - i}, x_i)& si & x_i < y_{n - i} \end{matrix}\right.

mais cette fois-ci on n'a plus besoin de valeur absolue et les suites (u_i) et (v_i) ne sont plus strictement croissantes ...

un exemple avec n = 5 :

x_i = 2  4  7  9  10   et   y_i = 1  3  5  6  8

s = \sum_1^5 |x_i - y_{n - i}| = (8 - 2) + (6 - 4) + (7 - 5) + (9 - 3) + (10 - 1) = 25

u_i = 8  6  7  9  10   et  v_i = 1  3  5  4  2

s = \sum_1^5 u_i - v_{n -i} = (8 - 1) + (6 - 3) + (7 - 5) + (9 - 4) + (10 - 2) = 25

et on vérifie/remarque que s = \sum u_i - v_i = \sum u_i - v_{5 - i}

tout revient donc à montrer que :

si (x_i) est une suite quelconque à valeur dans {n +1, n+ 2, ..., 2n} et (y_i) une suite quelconque à valeur dans {1, 2, ..., n} alors s = \sum_1^n x_i - y_i  = 25

or considérons deux rang p et q de ces suites : il est évident que x_p - y_p + x_q - y_q = x_q - y_p + x_p - y_q

ou encore \sum_1^n (x_i - y_i) = \sum_1^n x_i - \sum_1^n y_i et puisque l'addition est commutative cela ne dépend pas des suites (x_i) et (y_i)

or et donc s = \sum_{n + 1}^{2n} k - \sum_1^n k = \sum_1^n n + \sum_1^n k - \sum_1^n k = n^2

une dernière remarque en prenant cette suite particulière et en calculant la somme des différences on retrouve la somme des entiers impairs de 1 à 2n - 1 soit la suite arithmétique de premier terme 1 et de raison 2

donc s = \sum_1^n 2k - 1 = \dfrac 1 2 n(1 + 2n - 1) = n^2

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:33

carpediem

Citation :

j'avais la même idée que matheuxmatou mais le rangement des deux suites dans l'ordre croissant est beaucoup plus compliqué que le seul cas qu'il présente ...

et il ne me semble pas que ça augmente et diminue que de 1 et -1 mais de p et -p avec p compris entre 1 et 2n - 1 ...


je ne crois pas !

en gardant le même ordre pour tous les autres on remplace

x1 < x2 < ... < xk < yn < .....

(où xk et yn sont deux entiers consécutifs )

par

x1 < x2 < ... < yn  < xk< .....

pour i < k les xi et yi sont resté les mêmes, donc |xi-yi| aussi

yk n'a pas bougé, toujours supérieur à yn, et xk s'en est rapproché de 1
donc  |xk-yk| a diminué de 1

pour i<k<n les xi et yi sont resté les mêmes, donc |xi-yi| aussi

et enfin yn a diminué de 1 et s'est éloigné de xn donc |xn-yn| a augmenté de 1

la somme n'a donc pas changé...

en réitérant on place yn en tête de gondole sans changer la somme

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:38

il n'est donc pas limitatif de supposer que yn = 1

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:41

flight @ 14-07-2020 à 10:58

et si on suppose l'egalité de l'énoncé vraie:

|xi - yi|  pour i compris entre 1 et n+1 = |xn+1-yn+1| + |xi - yi|   pour i compris entre 1 et n
avec xn+1 =2n+2   et yn+1=1   ca donne  

|xi - yi|  pour i compris entre 1 et n+1 =  2n + 2-1 + n² = n² +2n+1 =(n+1)²

non ?


avec ma démo on peut effectivement établir que la somme ne change pas en décalant yn+1 et donc en supposant qu'il vaut 1, et de la même façon en décalant xn+1 vers la fin et donc en supposant qu'il vaut 2n+2

par contre, un autre problème dans ta démo c'est que lorsque i varie ensuite de 1 à n, les xi et yi ne sont plus de 1 à 2n, mais de 2n à 2n+1

il y a donc encore un travail à faire en montrant (mais c'est simple) qu'en les diminuant tous de 1, la somme reste la même... et là seulement on peut appliquer ton hypothèse de récurrence

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:42

* mais de 2 à 2n+1

Posté par
carpediem
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:42

effectivement merci d'avoir pointé en rouge ce que je n'avais pas tilté ...

et effectivement si y_n = 1 on réitère le processus avec le suivant ...

en fait ma démo (à partir de mon/ton idée ) généralise ta situation particulière ...

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:43

moi ensuite j'ai recollé avec la récurrence de flight pour lui faire plaisir

mais elle est loin d'être aussi immédiate qu'il le disait quand on veut la rédiger proprement

Posté par
carpediem
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 14:57

je ne comprends pas et il ne me semble pas avoir fait d'erreur : mes x_i et y_i sont toujours à valeur dans {1, ..., 2n}

1/ je prends deux suites (x_i) et (y_i) de n éléments dans {1, ..., 2n} (la donnée de l'une me donne la donnée de l'autre)

2/ je montre (et c'est la que nous avons la "même" idée) que c'est la même somme si on permute les éléments de la suite x inférieurs à n avec les éléments de y supérieur à n + 1 (permutation rang à rang (même pas nécessaire vu le point 3/) à cause de la valeur absolue)

3/ je montre ensuite que la somme des différence est indépendante de l'ordre des suite x et y (cette fois à valeurs dans {n + 1, ..., 2n} et dans {1, ..., n} (car une "somme de différences est la différence des sommes")

je conclus en calculant cette somme dans un cas particulier puisque c'est indépendant du choix des suites ....

Posté par
carpediem
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 15:00

... et je ne vois pas où ça varie de 2 à 2n + 1 ...

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 15:09

ben quand il passe à l'étape n+1 avec les même hypothèses sur les deux suites, les termes varient de 1 à 2n+2

mais comme on peut supposer sans limiter que yn+1 vaut 1, les autres commencent bien à 2

(même chose pour la fin puisqu'on se ramène à xn+1=2n+2)

Posté par
carpediem
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 15:13

à pardon je pensais que tu t'adressais à moi ...

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 15:19

non, je parlais de la "démo" de Flight... de sa récurrence

Posté par
Khoulassa
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 22:46

Bonjour tout le monde
je crois que cet exercice est vrai casse tête !
comme j'ai dis au début je crois qu'il faut commencer par le cas particulier :

x_1 < x_2 < ... < x_n < y_n < y_{n-1} < .... < y_1

ensuite il faut faire une simple permutation d'un élément x_m de la suite (x_i) avec un autre élément y_n de la suite y_i

enfin généraliser !

Posté par
matheuxmatou
re : Exercice pas comme les autres 14-07-20 à 23:32

Khoulassa

tu lis nos messages ??????

Posté par
vham
re : Exercice pas comme les autres 15-07-20 à 23:14

Bonsoir,

Carpediem donne une bonne piste.
Si on range les différences en les ordonnant sur le terme en x croissant, cela revient à mettre en moins les termes en y décroissant.
Si maintenant on intervertit x et y dans les différences négatives, on obtient des différences toutes positives dont les x vont de n+1 à 2n et les y de n à 1 et il n'y a plus besoin de valeurs absolues.
Or somme de n+1 à 2n vaut n(3n+1)/2 et somme de 1 à n vaut n(n+1)/2
La différence vaut bien n2

Posté par
Leile
re : Exercice pas comme les autres 17-07-20 à 14:24

bonjour vham,
c'est ce à quoi je pensais en écrivant
       \sum_{i=1}^{n}~(x_i-y_i)=   \sum_{i=1}^{n}~(x_i)   -   \sum_{i=1}^{n}~(y_i)  

puisque les xi et yi sont tous différents deux à deux, toutes les valeurs de l'ensemble E sont concernées, les x en representent la moitié, les y l'autre moitié.
je pose
    y_n< y_{n-1}  < ... < y_1  <  x_1  <  x_2 < ....  < x_n  

puis en exprimant
      \sum_{i=1}^{n}~(y_i)    et       \sum_{i=1}^{n}~(x_i)    en fonction de n, on doit pouvoir aboutir ...


, sans l'avoir vérifié...
mais c'est surtout le manque de réaction de Khoulassa quiest décevant..



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