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somme 3

Posté par
flight
05-06-22 à 21:07

Bonsoir

je vous propose le ptit exercice suivant (facile) , on demarre une somme en commencant par l'entier n = 20 puis on ajoute successivement 1  , soit 20 +21 +22 +23 +....ect jusqu'à ce que la somme obtenue soit un carré parfait . cette somme va donc de  
20  à   p , ...  mais que vaut p ?

Posté par
Leile
re : somme 3 05-06-22 à 21:43

bonsoir flight

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Posté par
flight
re : somme 3 05-06-22 à 22:35

Bonsoir Leile , bravo !

Posté par
jandri Correcteur
re : somme 3 05-06-22 à 23:08

Bonsoir,

on peut généraliser à un entier n.

La somme n+(n+1)+(n+2)+\dots+p est un carré pour p=

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Mais ce n'est pas toujours la plus petite valeur de p qui donne un carré.

Posté par
dpi
re : somme 3 06-06-22 à 08:59

Bonjour,
J'ai trouvé bien sûr comme Leile pour n =20
on observe que  pour n  quelconque

n_{x} =nx+x(x+1)/2
En développant   ,je vais chercher  pour quel x   n_{x} et un carré....

Posté par
flight
re : somme 3 06-06-22 à 10:30

bravo à tous , ce qu'a proposé Jandri est pas mal du tout , j'ai repris son idée mais j'ai un resultat different mais qui colle  

en posant  : n + (n+1 +(n+2) +.....(n+p)= X²   s' écrit :
                          p(p+1)/2 + n(p+1)= X²  soit
                          (p+1)( p/2  +  n)= X²
en posant  X = p+1   et X = p/2 + n   il vient  :  p = 2(n-1)

avec n = 20  , p = 38   et le dernier dela somme qui est :  n + p  vaut

20+38 = 58 .

Posté par
Imod
re : somme 3 06-06-22 à 11:34

Je n'ai rien compris à ton calcul ( c'est certainement de ma faute )

On a (p+n)(p-n+1)=2x² qui est vérifié quand p=3n-2 avec x=2n-1 mais pour d'autres valeurs de n , on peut trouver p<3n-2 . Je pense que c'était le sens du message de Jandri .

Imod

Posté par
jandri Correcteur
re : somme 3 06-06-22 à 12:06

Le résultat donné par flight est le même que le mien, il a simplement changé ses notations (par rapport à son premier message) en remplaçant p par n+p.

Posté par
Imod
re : somme 3 06-06-22 à 12:27

D'accord , il reste tout de même (p+1)(n+p/2)=x² donc x=p+1=n+p/2 ?

Imod

Posté par
derny
re : somme 3 06-06-22 à 12:58

Bonjour à tous
Comme moi on a tous un peu tendance à écrire trop vite surtout quand c'est simple d'où "on se mélange les pinceaux".
Les formules de flight de 10h30 sont bonnes sauf la ligne "en posant X=p+1 ...". Imod 11h34 ta formule ne fonctionne pas mais tu as rectifié.
Je peux revenir quelques temps sur ce forum et j'ai quelques croustillants problèmes qui dorment dans mes archives à vous présenter.

Posté par
Ulmiere
re : somme 3 06-06-22 à 13:11

\sum_{k=p}^q k = \dfrac{(p+q)(q-p+1)}{2}
Ou bien, si on écrit q = p +\delta,      \dfrac{(2p+\delta)(\delta+1)}{2}.

Supposons qu'il existe n un entier tel que (2p+\delta)(\delta+1) = 2n^2, on développe cela en un trinôme du second degré en \delta et on trouve la condition équivalente

\delta^2 + (2p+1)\delta + 2(p-n^2) = 0
Le discriminant est \Delta = (2p+1)^2 + 8 (n^2-p) = 1 + 4p(p-1) + 8n^2, qui est évidemment impair et strictement positif.

La seule racine possible (positive) du trinôme est \delta = \dfrac{\sqrt{\Delta}-1 - 2p}{2} = \dfrac{\sqrt{\Delta}-1}{2} - p.

Mais alors, cela veut dire que q = p + \delta = \dfrac{\sqrt{\Delta}-1}{2}.

On est donc ramené à trouver un n, tel que \Delta soit un  carré parfait. Algorithmiquement, c'est plus simple que de trouver un n tel que truc/2 = n^2 parce qu'on ne sait jamais quel facteur de 'truc' sera pair.


Mais là en plus c'est particulièrement facile parce que P = 4p(p-1)+1 peut être précalculé et on a une suite u_{n} = P + 8n^2 avec une relation de récurrence u_{n+1} - u_n = 8((n+1)^2-n^2) = 8(2n+1). Il n'a même pas besoin de calculer le moindre carré.

Voici un bruteforcer en Python qui fait ça. Avec des bornes horribles, mais ok

 Cliquez pour afficher


Pour p = 20,
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Posté par
dpi
re : somme 3 06-06-22 à 17:12

Je pense que la formule de jandri vérifiée par Imod et Ulmiere convient dans tous les cas mais effectivement il y a
des solutions inférieures ou supérieures...

10_{18 }-->361  =  19²
20_{38}-->1521= 39²
30_{58}-->3481 =59²
pour n<100 par exemple
n=60 à 39 solutions !!

Posté par
mathafou Moderateur
re : somme 3 06-06-22 à 18:49

bonjour,

Citation :
n=60 à 39 solutions !!
hum, pour un n donné il y a une infinité de solutions ...
par exemple
10+...+28 = 361 = 19² (celle indiquée) mais aussi :
10+...+161 = 12996 = 114²
10+...+940 = 442225 = 665²
10+...+5481 = 15023376 = 3876²

...
en partant de l'équation n(x+1)+x(x+1)/2 = y²

edit : pour mettre les points sur les i de cette notation n+(n+1) + ... + (n+x) = \sum_{k=n}^{n+x}k = y^2
ou x² - 2y² + (2n+1)x +2n = 0
on est ramené par changements de variables à une équation de Pell Fermat X² - 2Y² = K
ici avec n = 10 le solveur Alpertron donne directement (en cachant en interne ses changements de variables) et en se restreignant aux nombres >0
à partir de x = 18, y = 19 (plus petite solution >0)
xn+1 = 3xn + 4yn + 21
yn+1 = 2xn + 3yn + 21
la suivante est donc x = 3*18 +4*19+21 = 151
y = 2*18+3*19+21 = 114
10+...+161 = 114²
etc.
(x, y) = (18, 19) (151, 114) (930, 665) (5471, 3876) (31938, 22591) (186199, 131670)...

Posté par
Ulmiere
re : somme 3 06-06-22 à 19:21

Imod @ 06-06-2022 à 12:27

D'accord , il reste tout de même (p+1)(n+p/2)=x² donc x=p+1=n+p/2 ?

Imod


Y'a une erreur de logique là

16 = 4^2 = 2 \times 8 mais 4 n'est égal ni à 2 ni à 8.
Ce qu'il voulait dire, c'est que pour n et X fixés, il essaie de résoudre l'équation (p+1)(p/2+n) = X^2 en la variable p. Il n'y a aucune raison d'en déduire que X = p+1 = p/2+n, sauf si X est un nombre premier.
Par contre, on peut développer puis multiplier par 2, ce qui donne comme dans mon  post précédent

-----> p^2 + p(2n + 1) + 2(n - X^2) = 0, dont le discriminant est
\Delta = (2n+1)^2 + 8(X^2-n) qui est > 0 comme somme de termes > 0

-----> une unique solution positive p = (-2n-1+sqrt(delta))/2 = -n + (sqrt(delta)-1)/2

Posté par
dpi
re : somme 3 07-06-22 à 08:25

Mon test pour 60 se limitait à  60_{65536} ,mais compte tenu du nombre
infini de carrés ,je me doutais bien qu'il en était de même pour les
solutions.
Donc il est bon de retenir que  3n-2 est toujours sûr mais ne répond pas à l'énoncé de flight qui demande la première .

Posté par
mathafou Moderateur
re : somme 3 07-06-22 à 09:52

pour trouver la première valeur :

- la force brute de 1 à 3n-2

- l'algorithme LMM (Lagrange Matthews Mollin) qui gagne pas mal d'essais mais est bien plus compliqué

- le solveur automatique d'équations quadratiques dans \Z ax² + bxy+ cy² +dx +ey +f = 0 alpertron
il faut ensuite filtrer dans \N par les formules de récurrence.

Posté par
mathafou Moderateur
re : somme 3 07-06-22 à 10:51

un algo "force brute" en Python :

from math import *

# n + (n+1) + ... + (n+k) = r²
# n+k <= 3n-2
def trapsq(n):
    nb = 0
    for k in range(1,2*n-1) : # de 1 à 2n-2 inclus
        s = ((k+1)*(2*n+k))//2 # division entière
        r = int(sqrt(s))
        if r*r == s :
            print(n," + ... +",n+k," = ",s," = ",r,"²",sep="")
            nb = nb+1
    print(nb,"solutions <= 3n-2 =",3*n-2)

trapsq(11)

11 + ... +13 = 36 = 6²
11 + ... +16 = 81 = 9²
11 + ... +31 = 441 = 21²
3 solutions <= 3n-2 = 31
on voit que dans ce cas il y a bien des solutions plus petites que 3n-2

ce qui n'est pas le cas de n = 20 :
>>> trapsq(20)
20 + ... +58 = 1521 = 39²
1 solutions <= 3n-2 = 58



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