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Nombre de solutions

Posté par
flight
06-03-24 à 18:31

Bonsoir
Je vous propose l exercice suivant :

Quel est le nombre de solutions de l'équation x+y+z =N, avec x, y, z  et  N des entiers non nuls avec la contrainte que  xq, yq et zq.
avec q un entier non nul

Posté par
carpediem
re : Nombre de solutions 06-03-24 à 19:33

salut

aucune lorsque N > 3q et une seule avec N = 3q

ensuite si N = 2q + r avec 0 \le r < n

a/ si x ou y ou z < r  :  aucune solution

b/  \forall x  /  r \le x < n alors l'équation y + z = N - x a pour solution (à symétrie près) (y, N- x - y) avec 2q - x \le y \le q

Posté par
jandri Correcteur
re : Nombre de solutions 06-03-24 à 22:17

Bonsoir,
je préfère rechercher les solutions dans \N, il suffira à la fin de remplacer q par q-1 et N par N-3.

Je note u_N le nombre de solutions dans \N, on a donc u_N=0 si N\geq 3q+1. On suppose dans la suite N\leq 3q.

On remarque la symétrie u_{3q-N}=u_N (il suffit de changer x en q-x, etc ...).

Le cas le plus facile est celui où 0\leq N\leq q , on trouve

 Cliquez pour afficher


Le cas 2q\leq N\leq 3q s'en déduit par symétrie.

Il reste le cas q\leq N\leq 2q. Il suffit de retrancher à la valeur obtenue pour 0\leq N\leq q trois fois le nombre de solutions de x+y+z=N avec x\geq q+1 pour obtenir le résultat :
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On peut vérifier que dans les cas N=q et N=2q les formules coincident.

Pour obtenir le résultat demandé par flight il reste à remplacer q par q-1 et N par N-3 dans mes formules.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Nombre de solutions 06-03-24 à 23:34

Bravo jandri

une idée :

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Posté par
jandri Correcteur
re : Nombre de solutions 07-03-24 à 09:26

Bonjour elhor_abdelali,

c'est tout à fait ca.
Pour coller avec l'énoncé initial de flight il faut commencer ta somme à i=1.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Nombre de solutions 07-03-24 à 20:24

Effectivement jandri

Citation :
Quel est le nombre de solutions de l'équation x+y+z =N , avec x, y, z et N des entiers non nuls ...


 Cliquez pour afficher

Posté par
jandri Correcteur
re : Nombre de solutions 07-03-24 à 20:58

Bonsoir elhor_abdelali,

je suis d'accord mais ce que tu avais écrit hier était presque juste, il suffisait de commencer la somme à i=1

Posté par
flight
re : Nombre de solutions 08-03-24 à 20:58

Bonsoir , je vous félicite !  j'ai pas fais mieux , j'ai pu ecrire le code suivant mais impossible de trouver une forme complete "mathematique ":

Sub test_calcul()
n = 12 'valeur de test  pour x+y+z=12 avec la contrainte q = 7 

For j = 1 To q
  If n - j - q >= 2 Then
    x = x + (-n + j + (2 * q) + 1)
    Else
    x = x + n - j - 1
  End If
Next
MsgBox x ' retourne bien 37  
End Sub


j'ai le meme resultat en utilisant la formule de Jandri , mais impossible mette  de  ce que j'ai trouvé en une seule formule

Posté par
flight
re : Nombre de solutions 08-03-24 à 21:18

ah: si en tatonnant un peu j'ai pu finalement obtenir ceci :

Np = (-N+j+2q+1)  + N-j-1
la premiere somme va de j=1 à N-q-2     et la seconde somme va de j = N-q-1 à  q , ce qui donne  :

Np = (1/2)(-N²+N(4q+3)-3q²-7q-2) - (N-1)(N-2q-2))

Posté par
flight
re : Nombre de solutions 08-03-24 à 21:22

correction lire : Np = (1/2)(-N²+N(4q+3)-3q²-7q-2 - (N-1)(N-2q-2))

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Nombre de solutions 09-03-24 à 01:07

Avec les notations de jandri, voilà ce que je trouve (sauf erreur) :

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Posté par
jandri Correcteur
re : Nombre de solutions 09-03-24 à 16:18

Bonjour elhor_abdelali,

je suis entièrement d'accord, c'est très bien vu.
Cela permet d'écrire une seule formule (valable pour tout N entier naturel) à condition de prendre comme convention : C_k^2=\dbinom{k}{2}=0 si k<2, même quand k est négatif (j'ai repris les notations de flight) :

 Cliquez pour afficher

Cette formule se généralise au cas de l'équation x_1+x_2+\dots+x_r=N pour laquelle le nombre de solutions vérifiant 1\le x_k\leq q pour tout k s'écrit tout simplement avec la convention \dbinom{n}{r-1}=0 si n<r-1 (même quand n est négatif) :
 Cliquez pour afficher

Cette formule devrait plaire à flight, lui qui aime bien la formule du crible.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Nombre de solutions 09-03-24 à 17:23

Bravo jandri ! Belle généralisation.



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