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Niveau Maths sup
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Triplet pythagoricien

Posté par
ayjab
19-01-19 à 20:11

Salut j'ai un exercice d'arithmétique sur les Triplets pythagoriciens
voilà l'énoncé

On considère dans Z l'équation :  x²+5y²=z²

1-On pose d=pgcd(x,y)
Montrer que l'on peut restreindre la résolution de l'équation à d=1 (j'ai pu résoudre celle-ci mais après cette question j'ai rien pigé)

2-On pose d'=pgcd((z-x),(z+x))
Montrer que d'=1 ou d'=2

3-Montrer que si d'=1 alors il éxiste (u;v) dans Z tel que : u et v sont impairs et y=uv et 5u²+v²=z²

4-Montrer que si d'=2 alors il éxiste (u;v) dans Z tel que : u et v sont impairs et y=2uv et 5u²+v²=z²

5-Résoudre l'équation

Merci

Posté par
carpediem
re : Triplet pythagoricien 19-01-19 à 21:20

salut

x^2 + 5y^2 = z^2 \iff 5y^2 = (z - x)(z + x) et on suppose pgcd (x, y) = 1 d'après 1/

si d = pgcd (z - x, z + x) alors z - x = du et z + x = dv avec pgcd (u, v) = 1

alors 5y^2 = d^2uv

ouais bof ...

si d divise z - x et z + x alors il divise z - x + z + x = 2z et z + x - (z - x) = 2x et donc d'après 1/ d  = 1 ou d divise 2 donc d = 1 ou d = 2

...

Posté par
ayjab
re : Triplet pythagoricien 19-01-19 à 21:52

Merci
j'ai déjà fait ceci or je pense q'on peut pas supposer que pgcd(x,y)=1 càd que pgcd(x,z)=1 car ce n'est pas indiqué dans cette question pour l'utiliser

Posté par
carpediem
re : Triplet pythagoricien 19-01-19 à 22:39

as-tu lu ce que j'ai écrit ?

mon d est ton d' !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

parce que on applique évidemment 1/ pour s'attaquer à 2/ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Posté par
ayjab
re : Triplet pythagoricien 19-01-19 à 23:22

Ok
Pour la question suivante si d'=1
on sait que z-x et z+x ont la même parité or ces deux nombres ne peuvent pas être pairs car dans ce cas d'=2 donc z-x et z+x sont impairs par conséquent x et z ont des parités différentes or z ne peut pas être pair car dans ce cas x et y seront impairs si on remplace les deux nombres par 2k+1 et 2k'+1 on trouvera que z est congru à 2 modulo 4 ce qui est impossible car un carré d'un nombre pair est divisible par 4 donc z est impair et x est pair d'où y est impair donc on peut dire que y=uv avec u et v sont impairs

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 22-01-19 à 18:04

Bonjour,
Je ne comprends pas bien cet exercice.
Tout d'abord, parler de pgcd(x,y) sans prendre la précaution de x et y non nuls...
N'importe quel triplet (a , 0 , a) est solution.
Ensuite, je suis comme ayjab : Après la question 1), j'ai rien pigé

Je me suis contentée de trouver quelques autres solutions : (2,1,3) (4,2,6) et (2,3,7)

Quelqu'un pourrait-il tenter de me décoincer ?

Posté par
etniopal
re : Triplet pythagoricien 22-01-19 à 18:48

Si on cherche  l'ensemble S := { (x,y,z) (*)3  │ x² + 5y² = z²  } on commence par dire que si (x,y,z) S   et si d = pgcd (x,y)  alors  (x' ,  y ' , z ')  = (1/d).(x , y , z)   S .
On se limite donc à chercher   T  := { (x,y,z) (*)3  │ pgcd (x,y) = 1 et  x² + 5y² = z²  }  .

La question 2 doit alors commencer par :
    soit  (x , y , z)    T  .....

Posté par
carpediem
re : Triplet pythagoricien 22-01-19 à 18:55

il est évident que si (a, b, c) est une solution alors (ka, kb, kc) est aussi une solution !!!

on peut donc choisir/chercher les triplets "primitifs" tels que pgcd (x, y) = 1

puisque si q divise x et y il divise toute combinaison linéaire de x et y or z^2 = x^2 + 5y^2 =(x)x + (5y)y est évidemment une CL de x et y

de plus si d divise x et y alors d^2 divise x^2 + 5y^2 donc divise z^2

dans la suite on suppose donc que pgcd (x, y) = 1


on pose alors d = pgcd (z - x, z + x)

carpediem @ 19-01-2019 à 21:20

x^2 + 5y^2 = z^2 \iff 5y^2 = (z - x)(z + x) et on suppose pgcd (x, y) = 1 d'après 1/

si d = pgcd (z - x, z + x)

alors d divise z - x et z + x donc il divise z - x + z + x = 2z et z + x - (z - x) = 2x et donc d'après 1/ d  = 1 ou d divise 2 donc d = 1 ou d = 2

...

mezalor 5y^2 = z^2 - x^2 est une CL de z et x

donc soit d = 1 (qui divise y ... mais pas grave car pas de contradiction) soit d <> 1 ne peut diviser y

mais puisque d divise 2x et 2y il peut évidemment diviser 2


on peut remarquer que :

si p divise x et z alors p divise z - x et z + x donc les diviseurs de x et z sont des diviseurs de z - x et z + x

réciproquement si p divise z - x et z + x alors il divise 2z et 2x donc p divise 2 ou p ne divise pas 2 et divise x et z

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 22-01-19 à 20:48

Merci pour vos réponses.
Je crois que ce qui me manquais pour 2), c'est de penser à utiliser pgcd(2x,2y) = 2pgcd(x,y) = 2 .
Si d divise 2x et 2y alors d divise 2 .

Je regarderai les autres questions demain et reposterai si je suis de nouveau perdue.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 10:21

Bonjour,
Encore moi en perdition
Je ne vois pas d'où vient 5u²+v²=z² dans 3) .

Posté par
carpediem
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 11:00

moi non plus

tout ce que je peux dire (toujours) en partant de 1/ donc que pgcd (x, y) = 1 :

5y^2 = z^2 - x^2  =(z - x)(z + x)

or z - x et z + x on même parité  (z + x = z - x + 2x)

a/ si z et x sont pairs alors z - x et z + x sont pairs dont 2 divise 5y^2

et puisque 2 ne divise pas 5 alors 2 divise y  .... ce qui est contradictoire avec 1/

b/ si z et x sont impairs alors z - x et z + x sont pairs et on retombe dans le cas précédent

on en conclut donc que x et z n'ont pas même parité


premier cas : supposons x = 2m + 1 et z = 2n

x^2 + 4y^2 = z^2 \iff (2m + 1)^2 + 5y^2 = 4n^2 \iff 4m^2 + 4m + 1 + 5y^2 = 4n^2 \iff 1 + y^2 = 4(n^2 - m^2 - m - y^2)

qui n'a pas de solution (congruence modulo 4)

deuxième cas : x = 2m et z = 2n + 1

x^2 + 5y^2 = z^2 \iff 4m^2 + 5y^2 = 4n^2 + 4n + 1 \iff y^2 = 4(n^2 + n - m^2 - y^2) + 1

qui peut admettre des solutions


on en déduit donc que x est pair et y et z sont impairs donc en posant x = 2m et y = 2m + 1 et z = 2p + 1

x^2 + 5y^2 = z^2 \iff 4m^2 + 5(4n^2 + 4n + 1) = 4p^2 + 4p + 1 ... ouais bof ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 11:16

Merci pour cette réponse. Elle me rassure un peu sur l'usure de mes neurones vieillissantes

Il y a au moins 3 triplets primitifs : (2,4,3) (2,3,7) (1,4,9) .

Je vais rafraichir ma mémoire sur les vrais triplets pythagoriciens. Ça me donnera peut-être des idées.

Posté par
etniopal
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 11:39

Soient donc x , y ,z dans  * vérifiant xy = 1 et  x² + 5y² = z²
:= xz divise 5y²
    Si on avait   = 5  , X = x/5 et Z = z/5  seraient des entiers > 0 vérifiant  5X² + y² = 5Z²  et    5 diviserait  y  et  il y aurait contradiction puisque   = 5 divise  x   .
    Supposons que soit > 1 et  soit p un diviseur premier de . On a donc p 5 et donc p divise y . Comme p divise aussi x on a encore une contradiction .
On a  donc : xz = 1 .
d ' = (z - x)(z + x) divisant 2x et 2z  donc aussi 2x2z = 2 ne peut donc être que 1 ou 2 .

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 17:47

D'accord pour 1) et 2).

Mais avec la solution (2,1,3) il y a un problème pour 3) :
x = 2 y = 1 z = 3 . on a bien 4 + 5 = 9 .
z+x = 5 et z-x = 1 . Le pgcd est bien 1.
Les possibilités pour écrire y = uv sont limitées.
Même dans , on aura toujours u2 = 1 et v2 = 1 .
C'est embêtant pour 5u²+v²=z²

Quant au 4), je trouve difficile avec (1,4,9) , c'est à dire y = 4 , de trouver y = 2uv avec u et v impairs...

Bon, ben finalement, je me suis prise la tête avec un énoncé faux
D'après le titre, il faut enlever le 5 et on se retrouve avec un exercice classique.

Posté par
perroquet
re : Triplet pythagoricien 23-01-19 à 21:55

Bonjour à tous.

D'abord, merci à Sylvieg d'avoir relancé le topic.

Je suis d'accord avec l'ensemble des intervenants, les questions 3 et 4 demandent de démontrer un résultat faux. On peut cependant résoudre l'équation en tenant compte des résultats trouvés dans les deux premières questions. On cherche donc l'ensemble des solutions entières de l'équation    x^2+5y^2=z^2 telles que   x\wedge y  = 1.

Détermination des solutions telles que   (x+z)\wedge (z-x) = 1
On a      5y^2 = (z-x)(x+z)
Un raisonnement classique en arithmétique permet d'établir qu'il existe (u,v) dans \mathbb N^2 tel que les deux nombres z-x et x+z soient égaux à 5u^2 et v^2 et tel que   (5u)\wedge v =1. Quitte à remplacer x par -x, on peut supposer que :
z-x=5u^2  et  z+x=v^2 et  y=uv.
On en déduit que:
z = \dfrac{5u^2+v^2}{2}    ,    x=\dfrac{-5u^2+v^2}{2}      ,    y=uv    avec     (5u)\wedge v = 1
Pour que x et z soient entiers, il est nécessaire que u et v soient tous deux impairs. Pour se limiter aux solutions à valeurs positives, on choisira    x=\dfrac{|-5u^2+v^2|}{2} .

Réciproquement, supposons qu'il existe (u,v)\in \mathbb N^2 tel que:
u et v impairs,   (5u)\wedge v = 1 , z = \dfrac{5u^2+v^2}{2}    ,    x=\dfrac{|-5u^2+v^2|}{2}      ,    y=uv .
Il n'est pas difficile de montrer que (x,y,z) est une solution de l'équation x^2+5y^2=z^2 telle que    x\wedge y = 1  et  (z+x)\wedge (z-x)=1.

Détermination des solutions telles que   (x+z)\wedge (z-x) = 2
De la même manière, on peut montrer que les solutions (x,y,z) de l'équation x^2+5y^2=z^2 telles que x\wedge y = 1 et (z+x)\wedge (z-x)=2 sont les triplets (x,y,z) pour lesquels il existe (u,v)\in\mathbb N^2 tel que:
u et v sont de parité différente, (5u)\wedge v= 1  ,  z=5u^2+v^2  ,  y=2uv  ,   x = | -5u^2+v^2|


En espérant ne pas avoir fait d'erreur ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Triplet pythagoricien 24-01-19 à 07:58

Bravo perroquet d'avoir persévéré et trouvé une solution qui tient la route



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