Là je travaillais sur un théorème bien connu de Fermat, en cherchant une figure géométrique pour tenter de l'illustrer. Après une recherche infructueuse sur internet, je vous propose donc ma trouvaille sous forme d'une petite énigme. Avec un petit exemple en image:
Soit un parallelogramme de côté (a,b) et de diagonale (c,d). Quelle condition sur (a,b) afin que (a,b,c,d) soient tous des nombres entiers?
Et oui ... déjà débusqué! Le but est proche ... je cherchais un moyen de mettre en figure ces décompositions en carré ... là il reste une petite propriété à mettre en valeur ...
Bonjour,
en plus du théorème de Fermat sur le nombre de décompositions d'un entier en somme de deux carrés,
(que la décomposition de 2(a²+b²) comporte au moins une autre décomposition que (a+b)² + (a-b)²)
il faut aussi tenir compte de l'inégalité triangulaire :
|a-b| < c d < a+b
qui élimine bon nombre de "solutions" qui n'en sont pas.
Bonsoir,
Une condition suffisante (moulinette à fabriquer de tels parallélogrammes). Par mieux
Oui, effectivement mathafou
Si , p premier "admissible" (
), alors il y a une unique décomposition primitive. La propriété que je trouve intéressante, c'est que la multiplication par 2 crée une autre unique décomposition primitive
. Mais ensuite, si on multiplie par 4, on retombe sur la 1ère
et il n'y a plus de "création". Par 8, on retombe sur la 2ème, par 16 la 1ère, ... etc.
L'unique décomposition est donc donnée par la formule . Et pour le parallelogramme, ça donne un triangle plat!
La condition cherchée est donc: il faut donc que soit nécessairement composé.
Si on a un nombre , alors il existe 2 décompositions primitives
et
. Qui donnent par la formule
,
et
.
Il semble y avoir toujours une des 2 solutions "croisées" ou
qui vérifie l'inégalité triangulaire.
J'avais illustré avec un autre exemple avec les 3 premiers décomposables (5, 13, 17).
(a,b)=(4,33) ne fonctionne pas
(a,b)=(9,32) fonctionne avec (c,d)= (29,37)
(a,b)=(12,31) fonctionne avec (c,d)= (29,37) et (23,41)
(a,b)=(23,24) fonctionne avec (c,d)= (29,37) et (23,41) et (19,43)
En terme de décompte, il existe peut-être une loi générale à énoncer.
Là j'ai dessiné avec les diagonales (29,37)
Bonjour
A noter que dans la figure d'origine la petite diagonale est égale au grand coté (ABC est isocèle).
Cette propriété favorise les solutions..
une recherche par force brute sur des valeurs de a et b donne des solutions "non primitives"
par exemple la solution (14, 8, 14, 18) est simplement le double (la même deux fois plus grande) que la solution (7, 4, 7, 9) !
la méthode issue directement des remarques déja formulées pour n'obtenir que des solutions "primitives" (PGCD(a,b,c,d)=1)
soit E l'ensemble des nombres premiers 1 mod 4
E = {5, 13, 17, 29, 37, 41 ...)
chacun se décompose de façon unique (et forcément "primitive) en somme de deux carrés
choisir un nombre m formé uniquement de facteurs premiers de E
et d'au moins deux facteurs, pas forcément différents
un algorithme simple donne toutes les décomposions F de n en somme de deux carrés à partir des décompositions en somme de carrés de ses facteurs premiers.
chaque décomposition de m = a²+b² de F donne une décomposition de 2m = (a+b)² + (a-b)² et donc l'ensemble G des candidats c²+d²
pour chaque choix de a,b dans F on ne retient que les éléments (c, d) de G pour lesquels |a-b| < c d < a+b
c'est ce qu'a fait fabo34 dans ses exemples
un autre exemple à partir de m = 5² 17
5²+20² ne donne pas de solution compatible avec
20-5 < c d < 20+5
et enfin un autre à partir de m = 5² ... que je vous laisse calculer : un rectangle de dimensions 3 et 4 et de diagonales égales à 5
@dpi: oui, effectivement, je suis parti des plus petits nombres, à savoir les décompositions de 5*13 et 5*17, qui donnent des triangles isocèles (a,b,c,d)=(4,7,7,9) et (6,7,7,11). Après ça n'est pas forcément le cas. Mais on en retrouve effectivement. Exemple pour 37*17, qui est la troisième solution primitive que je vois dans ton tableau (10,23,23,27)
Au passage, la liste des premiers 1[4] ici: https://oeis.org/A002144
Prendant que je vous ai sous la main, comment montrez-vous l'unicité de la décomposition en carré des premiers 1[4]?
Dans mon observation ABC isocèle il faut bien sûr déduire les homothétiques* .
*ils correspondent toutefois à la question.
les démonstrations que j'ai (tirées de livres de Marc Guinot) sont extrêmement longues ...
la plus élégante est celle qui utilise l'étude des entiers de Gauss
nombres complexes de la forme a+ib avec a et b .
tout ceci est en fait de façon équivalente basé sur l'identité "de Fibonacci"
qui permet de relier les décompositions d'un produit aux décompositions de ses facteurs.
et permet de justifier que si p est premier, alors si de plus il admet une décomposition en somme de deux carrés, alors elle est unique à l'ordre et signe des termes près.
soit dans par décomposition en facteurs premiers de la norme
soit par descente sur l'identité de Fibonacci.
@dpi: oui. Tu as entièrement raison. J'aurais dû préciser dans mon énoncé
@mathafou: oui. Même constat. J'en ai trouvé plusieurs mais c'est tellement fastidieux! Déjà que la réciproque du théorème est difficile, et l'unicité aussi. Sur wikipedia, j'ai regardé la preuve d'Euler, mais, ... c'est dur. Je vais donc m'intéresser aux entiers de Gauss. Comme quoi, petit problème à l'énoncé cours, mais redoutable!
@mathafou: je pense avoir trouvé une démonstration très élégante, sans passer par et la théorie. Du moins ça m'éclaire pour l'instant de passer par là car je comprends que ce sont les carrés et la primalité qui posent des contraintes de "distances". Ainsi je comprends mieux ce qu'il se passe. Et c'est surtout accessible à un lycéen!
Va vient d'ici: https://proofwiki.org/wiki/Fermat%27s_Two_Squares_Theorem . Un nouveau site que je ne connaissais pas !
Si je résume à ma sauce:
On suppose
avec et
on en déduit immédiatement les encadrements suivants:
et
.
Ce sont ces contraintes de distance qui vont être décisives
Maintenant on calcule:
Ce qui donne
Par conséquent
Là c'est la primalité qui intervient
Or a 2 chemins possibles (identité de Fibonacci)
Si alors
Par conséquent , ce qui est impossible car
Donc c'est
Mais alors
donc , auquel cas
.
En multipliant par , on obtient:
et au final (et
), donc l'unicité!
Sous votre contrôle
Bonjour,
je connais une variante (plus courte) de cette démonstration.
Supposons avec
premier
1)
On en déduit que par exemple divise
(on peut permuter
et
) et donc
2) donc
, d'où
et donc
et
.
Bonjour,
Je suis impressionné par vos calculs.
Comme vous savez que j'aime le concret...j'ai fait un générateur
de parallélogramme avec abcd entiers.
on pose a et b entiers quelconques et on déroule
exemples:
18;13--->19;25
37;22--->41;45
49;47--->56;78
"on pose a et b entiers quelconques"
hum ... que donnent :
11; 34 ? (0 solution)
13; 16 ? (2 solutions)
etc
Bonjour,
Je suis de loin depuis le début
@jandri,
Jolie démonstration effectivement.
Et présentée très clairement ; ce qui ne gâche rien !
@Sylvieg
Merci mais ce n'est pas moi qui l'ai inventée, je l'avais trouvée sur un forum roumain en 2008.
Je l'ai même généralisée :
si avec
premier,
et
dans
alors il y a unicité du couple
.
On suppose et on écrit :
Si divisait
on aurait
d'où
contradiction (
).
Donc divise
d'où
et
qui entraine et
d'où
et
.
>mathafou
Bien sûr que mon bidule ne donne pas de solution *pour ton exemple 11;34 .
je ne retiens que les vraies...
*sauf 45:23 (plat)
@jandri : franchement, ça aurait pu être de toi, vu la qualité de tes interventions en général! C'est clair que celle là va être (aussi) gravée dans ma mémoire pour longtemps. Et il n'y a aucune raison que cette preuve reste dans les cartons; les raccourcis sont vraiment géniaux! Je l'ai signalée ici : https://proofwiki.org/wiki/Talk:Fermat%27s_Two_Squares_Theorem
. On verra bien
@dpi: peut-être un programme qui présente tout cela graphiquement, avec tous les parallélogrammes sur une même figure pour (a,b)? Comme les triplets pythagoriciens, peut-être existe-t-il des familles (primitives) de parallélogrammes? Là je jette ça en l'air comme ça, je n'ai pas étudié la question. (j'imagine que ça se saurait, mais bon ... )
Bonjour,
24;23---->19;43 23:41 29:37 et leur symétrique
Pour tester au hasard :
124;45--->0
379;128 -->255;505 395;405 ""
1021;652-->1179;1243 1299 ;1117 1421;957 ""
@dpi: arrivé à ce niveau, peut-être peux-tu chercher s'il existe des couples (a,b) dont les solutions trouvées (c,d) ont-elle elles-même des solutions, etc, etc? (va falloir utiliser (2c,d) ou (2d,c) comme point de départ. Ce qui constituerait des arbres, des familles? Après il y a moyen de s'amuser, d'essayer d'agencer tout ça, avec peut-être de bonnes surprises. Ça me fait penser à la trouvaille d'un chercheur en 2016 d'une façon originale de représenter des familles de triplets pythagoriciens. C'était un article de Delahaye dans "pour la science"
Voici les 10 premiers débuts de chaînes jusqu'au niveau 12 mais ça continue....
Il faut sortir les homothétiques
Bonjour,
Ce dessin m'a donné l'idée d'exploiter la "moulinette" de
thetapinch le 27 12-09-2023 à 19h51 :
a = 2k où k est un entier supérieur ou égal à 2.
b = c = 2k2 - 1
d = 2k2 + 1
On peut en déduire une autre moulinette :
a = 2k2 - 1
b = 2k2 + 1
c = 4k
d = 4k2 - 2 = 2a
Il me semble que tu appliques. Ca ne va donner que des
!
Je pensais plutôt à ou
, pour avoir des parités opposées à chaque nouvelle étape. Graphiquement, ça voudrait dire qu'une des diagonales devient le côté d'un nouveau, etc, etc ...
En gros, Si on note quadruplet , en indice la décompostion en facteurs premiers, ça donnerait
là ça s'arrête!
Avec un autre démarrage:
là on peut continuer avec une des 2 branches:
Idem ça continue:
Là les 2 branches sont fécondes ...
Donc ça va continuer ... etc, etc
Là, comme ça, à chaud, je ne vois pas quoi faire de ce genre de résultat
Peut-être un pavage, en parler à un carreleur ?
Si ça vous inspire?
belles moulinettes effectivement:
@thetapinch
@Sylvieg : a et b impairs. Des solutions précédentes, les diagonales deviennent les côtés et les côtés le double des diagonales
Juste une chose:
Le générateur de thetapinch avec donne
avec
Si on regarde numériquement ce qu'il se passe, on remarque que les contiennent uniquement des facteurs premiers de la forme
(tout le temps vrai jusqu'à k=300). Du coup ça explique pourquoi
fonctionne. Mais on remarque qu'on loupe (très souvent) d'autres décompositions en carré (qui donneraient lieu au parallelogramme). On trouve parfois des occurences où
sont premiers, comme
.
Or le théorème de Fermat dit que les facteurs premiers en ont une valuation paire. Mais là il n'y en a pas!
Donc la question est: pourquoi les nombres ne contiennent-ils que des facteurs premiers en
?
Exemple:
Bonjour fabo34,
c'est normal car d'une part est impair donc non divisible par 2 et d'autre part si un nombre premier p congru à 3 modulo 4 divise une somme de deux carrés alors il divise chaque carré (-1 n'est pas un carré modulo p), ce qui n'est pas possible pour
puisque
et
sont premiers entre eux.
@jandri: mais oui merci! . Je viens seulement de réaliser que les
n'apporte rien sinon que de s'insérer dans les carrés des décompositions créées par les
.
Sinon, pour
J'étais passé par:
Ici
de parité différente.
D'où
Tu as peut-être différemment?
C'est mieux. Je prends!
Voilà. C'est donc la première fois que je vois une fonction dont les images sont composées uniquement d'un certains "type" de nombres premiers (ici les (1[4] ). Je ne pensais même pas que ça pouvait exister. Une sorte de filtre dans le chaos hasardeux des nombres premiers. C'est chouette, comme résultat. Bon, ça doit être connu depuis des lustres, mais ça m'émeut!
Du coup, ça amène au problème suivant: existe-t-il une fonction dont les images sont composées uniquement de facteurs premiers en 3[4] ?
Une observation:
Le premier couple donnant 2 solutions symétriques est :
(15;10)--->(11;23) et (17;19)
(17;19) donnant à son tour--->(12;34) et (20;30) etc...
@dpi: qu'entends-tu par solution symétrique?
Ainsi les hypothénuses des triplets pythagoriciens primitifs n'ont que des facteurs premiers en 1[4]! Je viens juste de faire le lien ! Il n'est jamais trop tard
En dédicace ici, et pour remercier leurs auteur, l'outil en ligne que j'ai utilisé pour trouver les décompositions en carrés: https://wims.univ-cotedazur.fr/wims/wims.cgi
Pour trouver l'outil, il faut rechercher "carré" et Type "Outil de calcul en ligne". Le lien apparaît alors plus bas.
Pour mémoire,
(15;10)---->(11;23)et (17;19) "penche" à gauche
symétrique (23;11)et (19;17) "penche" à droite
"Existe-t-il une fonction dont les images sont composées uniquement de facteurs premiers en 3[4] ?"
semble vérifier cette propriété.
Mais pour quelle raison ?
Merci @Sylvieg !
J'étais tombé sur ces fonctions en travaillant sur un autre exercice. Et en voyant quelques décompositions, ça m'a fait instantanément penser aux 3[4]. J'ai vérifié avec beaucoup d'autres valeurs de k, mais pas 20 !! . D'habitude je vérifie avec des scripts python, mais là je me suis laissé emporté par mon enthousiasme!
La question reste donc toujours ouverte .
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