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Nombres premiers - spé maths

Posté par
EnjoyPhoenix
23-01-15 à 16:11

Bonjour! j'ai un autre exo à rendre mais je dépasse pas la question 2... pourriez-vous m'aider s'il vous plaît?

Voici l'énoncé :

1) Calculer 2n-1 pour n entier de 1 à 11.

2) Pour quelles valeurs de n entre 1 et 11 le nombre Mn=2n-1 est-il premier?

3)Voici les conjectures émises par 2 élèves:
   1. Louise conjecture que : "n est premier si et seulement si Mn est premier". La condition n est premier est une condition nécessaire et suffisante pour que Mn soit premier.
   2. Marc conjecture que : "si Mn est premier, alors n est premier". La condition n est premier est une condition nécessaire pour que Mn soit premier mais, selon Marc, elle n'est pas suffisante.

Au vu des résultats obtenus à la question 2), quelle conjecture peut-on invalider?

4) a. d et k désignent 2 nombres entiers naturels (d2 et k2). Démontrer que 2dk-1 = (1+2d+(2d)²+...+(2d)k-1)(2d-1).

   b. En déduire que "si d divise n, alors Mn est divisible par 2d-1.
   c. Justifier la conjecture Marc.

J'ai fait la question 1), voilà ce que j'ai pour n allant de 1 à 11 : 1,3,7,15,31,63,127,255,511,1023,2047.
Je bloque un peu à la 2). Je sais qu'un nb est premier quand il possède 2 diviseurs : 1 et lui-même, mais les nombres que j'ai trouvé à la question 1 correspondent tous à ce critère...

Merci pour votre aide!

Posté par
Nofutur2
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 16:14

Non ! Seuls 3,7,31,et 127 sont premiers..

Posté par
Camélia Correcteur
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 16:15

Bonjour

Tiens, 15, 63, 255, 511, 1023 sont premiers?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 16:42

mais comment vous savez? quelle méthode utilisez-vous?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 16:45

On lit la définition!

Posté par
Nofutur2
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 16:49

Il ya des critères de divisibilité par 3, par 5, par 9.. Pour le reste il faut essayer ... Et puis il y a des listes de nombres premiers sur le net.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 17:02

Bonjour,

et on connait un minimum ses tables de multiplication et les critères de divisibilité par 2, 3 et 5 (appris depuis l'école primaire ou presque) et, si on le connait, le critère de divisibilité par 11.

15 = 3 fois 5 donc 15 n'est pas premier
63 = 9 fois 7 non plus etc ...
255 est "visiblement" divisible par 5 (critère)
511 est "un peu plus délicat" mais divisible par 7 "en essayant" : 511 = 7 fois 73
1023 est divisible par 3 (critère)

pour des nombres comme 2047 voire plus grand, c'est "moins évident", 2047 = 23×89
il n'y a pas franchement d'autre méthode à ce niveau que "d'essayer les diviseurs" (les diviseurs premiers suffit) jusqu'à 2047 = 45,
donc on essaye :
7 (2, 3, 5 = critères, on n'essaye pas, on teste le critère), 11 (critère, moins connu), 13, 17, 23 bingo.

si on ne "connait" pas la liste des nombres premiers jusqu'à (valeur au choix selon les individus) on essaye "sauvagement" 2 et les nombres impairs

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 17:49

ça y est j'ai fait les calculs et j'ai trouvé pareil, 3,7,31 et 127

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 17:53

pour la question 3), celle de Louise est invalide non? on a un contre-exemple ici : 11 est premier et pourtant M(11) ne l'est pas

Posté par
Nofutur2
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 18:01

Gagné !!!

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 18:12

comment puis-je faire pour la 4)a?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 18:13

parce que 2dk-1 = 2n-1 avec n=dk,mais je ne vois pas comment avancer avec ça...

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 23-01-15 à 19:06

on a :
2dk-1=(1+2d+(2d)2+....+(2d[)[sup]k-1/sup])(Mn), comment puis-je continuer?

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 24-01-15 à 12:20

salade de pataquès d'exposants illisible et vraisemblablement faux en plus (ce (Mn) à la fin n'a rigoureusement rien à faire là)

\small \red M_n = 2dk-1 =(1+2d+(2d)2+....+(2d)k-1)\small \red (2^d - 1)

cela veut dire que si n est composé (n = dk) alors Mn = 2dk - 1 = ...
est le produit de ces deux facteurs là
il suffit juste de justifier pourquoi et sous quelle condition ces facteurs sont différents de 1

écrire "n = kd est composé" présuppose que n et d sont strictement >1 (1 fois d ne caractériserait pas n comme nombre composé)

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 24-01-15 à 18:24

Donc on aurait Mn=2d-1 et l'autre facteur serait (1+2d+(2d)²+....+(2d)k-1)

si on prend le cas où 2d-1 = 1.
2d-1 = 1
2d = 0 mais c'est pas possible!

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 24-01-15 à 21:48

Non
M_{\red n} est par définition 2^{\red n} - 1, et si n = kd, alors M_n = 2^{\red kd} - 1

point barre.

et ce Mn est alors le produit des deux facteurs :

\left(1+2^d+(2^d)^2+....+(2^d)^{k-1}\right)

et

\left(2^d - 1}\right)

M_{\red n} = \left(1+2^d+(2^d)^2+....+(2^d)^{k-1}\right) \times \left(2^d - 1}\right)

Mn n'est égal ni à l'un ni à l'autre il est égal au produit des deux

et si chacun des deux est strictement supérieur à 1 alors Mn est composé

c'est ça qu'on veut démontrer :
si n est composé alors Mn est composé
le justifier soigneusement que n est composé aucun des deux facteurs ci-dessus n'est égal à 1

on aura alors démontré exactement ce qu'on voulait :

si Mn est premier alors n est premier

(logiquement, A B est rigoureusement équivalent à non B non A)


toi tu cherches à démontrer qu'ils sont égaux à 1, ça n'aboutira à rien du tout
De toute façon :

Citation :
2^d-1 = 1
2^d = 0 mais c'est pas possible!
mais c'est pas croyable !! vous vous êtes donné le mot ? c'est une épidémie d'erreurs de signe ou quoi ?
vous copiez les uns sur les autres ???
non !!!

2^d - 1 = 1 \Rightarrow 2^d = \red 2 (niveau 5ème) et donc d = 1

et d = 1 n'apporte rigoureusement aucune info parce que tout nombre entier n = 1×n
et donc aucune conclusion à cette relation.

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:17

Bonsoir! d'accord, mais par quel moyen on démontre que Mn est strictement supérieur à 1?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:17

toute la question 4) est pour démontrer que si n est composé alors Mn l'est aussi??

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:20

mais il y a quelque chose de bizarre... ici on a d=1, alors que dans  l'énoncé il est dit que d>=2, donc ce n'est pas possible!!!

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:22

merci d'avoir corrigé mon énormité

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:39

A la question 4)a. pour la démonstration, c'est juste si on utilise la formule :
S = premier terme (qnb de termes-1) / (q-1) ?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:42

Si c'est le cas, on a :
S = 1 (q(2^d)k-1) / (q-1)
S = (q(2^d)k-1) / (q-1)

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:43

Je ne sais pas si ce que je fais est juste, pouvez-vous m'apporter une aide svp?

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:47

Citation :
toute la question 4) est pour démontrer que si n est composé alors Mn l'est aussi??
oui.
dans ce sens là "si n composé alors Mn est composé"

ce qui est équivalent logiquement à "si Mn est premier alors n est premier" (la conjecture de Marc).

mais le démontrer en tant que "n composé ==> Mn composé" est bien plus facile.
et comme ces deux phrases signifient exactement la même chose...


Citation :
ici on a d=1
non
TU as d = 1 parce que tu cherches une condition qui ne rime à rien et qui n'aboutit à rien (chercher un cas où 2d - 1 = 1)

et justement à partir de l'énoncé d 2 on en déduit (dans ce sens là) que alors 2d - 1 est strictement > 1 ( 22 - 1 = 3)

Citation :
on démontre que Mn est strictement supérieur à 1
qu'est ce que ça vient faire là ???
on s'en fiche et de toute façon même si on en avait besoin, la démonstration est évidente :
pour tout n quel qu il soit > 1, on a Mn = 2n - 1 > 21 - 1 = 1

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 18:54

d'accord, donc on a 2^d - 1 3 si d2 alors?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:14

Mn = 2n-1 = (1+2d+(2d)²+....+(2d)k-1)( 2d-1)
et si (1+2d+(2d)²+....+(2d)k-1 et 2d-1 sont supérieurs à 2, alors Mn est composé

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:30

oui.

mais il vaut mieux dire les implications dans le sens logique que de construire ses phrases à l'envers

n est composé, donc il existe d et k tous deux 2 tels que n = dk, donc 2d - 1 3, etc

que de suggérer des implications "à l'envers" en écrivant 2d - 1 3 si d 2

on ne cherche pas à avoir 2d - 1 3, et pour cela en cherchant d

c'est tout le contraire
on part de d "connu" (et 2) et tiens donc on en déduit que 2d - 1 est 3

bon, dans cette partie là ce n'est pas trop catastrophique puisque il s'agit en fait d'une équivalence
2d - 1 3 d2

mais distordre ainsi l'enchainement logique est préjudiciable à la compréhension de la démonstration dans son ensemble.

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:31

je crois que je suis un peu perdue

Si on reprend, on doit démontrer que si n est composé alors Mn est composé.

Citation :
il suffit juste de justifier pourquoi et sous quelle condition ces facteurs sont différents de 1

écrire "n = kd est composé" présuppose que n et d sont strictement >1


donc si n est composé (n=dk), d et k sont des entiers strictement supérieurs à 1 et Mn=2dk-1. Ici, on a d2 et k2, donc Mn est composé, c'est juste comme ça?

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:34

je viens de voir votre post de 19:30, mais ça revient un peu au même que ce que j'ai fait post 19:31 non?

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:44

c'ets bien ça

le plan de la démo est bien :

soit n composé,
alors il existe d 2 et k 2 tels que n = dk
donc Mn = 2n - 1 = 2dk - 1 = (1+2d + (2d)2 + ... + (2d)k-1)(2d - 1)
or d 2 (2d - 1) 3
et k 2 (1+2d + (2d)2 + ... + (2d)k-1) 1 + 2d (k-1 est 1 donc ce terme 2d existe dans la somme)
ces deux facteurs là de Mn étant donc tous deux strictement > 1,
donc Mn est composé

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 19:50

oui, il y a des posts croisés, on dit la même chose

mon post de 19h30 était pour "m'insurger" (gentiment) sur la formulation de la phrase
(dans toute phrase il y a des non dits)

Citation :
d'accord, donc on a 2^d - 1 3 si d2 alors?

qui est "construite à l'envers"
suggérant (non dit) que on partirait d'une recherche de valeurs de d qui rendent 2^d - 1 3

alors que ce que l'on fait réellement dans cette démonstration c'est de partir d'une valeur de d connue comme étant 2, et d'en déduire la valeur de 2^d - 1 (que 2^d - 1 3)

Posté par
EnjoyPhoenix
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 20:00

c'est une toute autre méthode, on l'avait encore jamais faite, j'ai eu un peu de mal, merci de m'avoir débloquée!!
du coup la démonstration est valide pour toute la question 4 non? la b reprend un peu la a, il me reste que la c, qu'on a aussi démontré, mais à la place de Mn est premier alors n est premier on a pris n est composé alors M, est composé, c'est juste?

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 20:30

la démonstration résumée ici c'est l'ensemble de la question 4
(petit bouts par petit bouts au fur et à mesure des questions)

la "contraposée" est un résultat de logique, mais de nos jours (depuis le moyen age en fait) on n'enseigne plus la logique avant les mathématiques mais après (quand on parle d'algèbre de Boole, de disjonction / réunion d'ensembles etc), ce qui est un peu un non sens, mébon ...
la logique est "enseignée" "comme ça", au détour d'une phrase ou d'un exo, sans le dire ...
on parle de théorème et de réciproque sans vraiment justifier du sens de ces mots, "réciproque".
ne parlons même pas de "contraposée"
le plus souvent confondu avec une réciproque, mais certains puristes insistent en parlant de la contraposée de Pythagore ou de Thalès

théorème de Pythagore :
si un triangle est rectangle alors a² + b² = c²

réciproque :
si a² + b² = c² alors le triangle est rectangle

contraposée :
si a² est différent de b² + c² alors le triangle n'est pas rectangle

la réciproque d'un théorème n'est pas toujours vraie (elle est vraie pour Pythagore)
la contraposée par contre est toujours exactement la même chose (est rigoureusement équivalente) au théorème direct

c'est ce qu'on utilise ici

"si Mn est premier alors n est premier"
est absolument la même chose que de dire
"si n est composé (n'est pas premier) alors Mn est composé (n'est pas premier)"

en fait on n'insiste pas trop là dessus parce que c'est supposé être "logiquement évident" que c'est la même chose (= simplement de comprendre ce que veut dire la phrase, de comprendre ce que veut dire en français "si .. alors ..")

Posté par
mathafou Moderateur
re : Nombres premiers - spé maths 28-01-15 à 20:41

pour préciser les "petits bouts"

4a) aucun rapport avec l'exo en soi, on démontre une identité remarquable valable "en général", qu'on utilisera par la suite

4b) utiliser cette identité là, en l'appliquant au problème pour montrer que si n est composé, alors 2d - 1 est un facteur de Mn et que ce facteur est 1

4c) conclusion formelle
c'est là qu'on traduit la 4b en termes de "Mn est composé"
puis qu'on effectue la transposition de ce qu'on vient de démontrer (que si n est composé alors Mn est composé)
en la conjecture de Marc (si Mn est premier alors n est premier) en justifiant que c'est "la même chose"
(vu l'état de l'enseignement de la logique, le dire "c'est la même chose" suffit)

pour être complet il est tout de même nécessaire de justifier que l'autre facteur est lui aussi > 1 (ou que 2d - 1 est strictement < Mn, mais à mon avis c'est plus dur comme ça)
qui se fait dans la 4b, bien que ce ne soit pas explicitement demandé.



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