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Une curiosité arithmétique !

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
29-04-23 à 02:36

Bonjour


Soit n un entier naturel.

Montrer que \Large2^n divise la somme \Large\sum_{k=0}^{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}C_{n+1}^{2k+1}5^k.

où le symbole \lfloor~\rfloor désigne la partie entière.

Posté par
derny
re : Une curiosité arithmétique ! 29-04-23 à 08:42

Bonjour
5^k n'étant jamais divisible par 2 on pourrait l'ôter de l'expression non ?

Posté par
jandri Correcteur
re : Une curiosité arithmétique ! 29-04-23 à 09:05

Bonjour derny,

c'est vrai aussi si on enlève 5^k de l'expression mais les divisibilités par 2^n des deux sommes sont deux problèmes différents !

La somme de elhor_abdelali est égale à

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La somme de derny est égale à 2^n

Posté par
derny
re : Une curiosité arithmétique ! 29-04-23 à 11:40

D'accord pour 2^n sans le 5^k.

Posté par
GBZM
re : Une curiosité arithmétique ! 29-04-23 à 22:24

Bonsoir,

On peut employer l'artillerie lourde : \dfrac{1+\sqrt5}2 est une unité de l'anneau des entiers de l'extension quadratique \mathbb Q(\sqrt5). Les éléments de cet anneau des entiers sont les \dfrac{a+b\sqrt5}2 avec a,b entiers de même parité.
Bien sûr \left(\dfrac{1+\sqrt5}2\right)^{n+1}=\dfrac{u_{n+1}+v_{n+1}\sqrt5}{2^{n+1}} est dans cet anneau d'entiers (et c'en est une unité). Donc 2^n divise u_{n+1} et v_{n+1}. Or v_{n+1} est la somme de elhor_abdelali.

Posté par
jandri Correcteur
re : Une curiosité arithmétique ! 29-04-23 à 22:43

Cela ressemble beaucoup à ce que j'ai fait : j'ai montré par récurrence que \phi^{n+1}=F_{n+1}\varphi+F_n

\varphi=\dfrac{1+\sqr5}2 et la suite (F_n) est définie par (F_0,F_1)=(0,1) et F_{n+2}=F_{n+1}+F_{n}.

On obtient que v_{n+1}=2^nF_{n+1}.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Une curiosité arithmétique ! 30-04-23 à 03:19

Bien vu jandri et GBZM !

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Posté par
GBZM
re : Une curiosité arithmétique ! 30-04-23 à 08:26

La passage par Fibonacci cache quelque chose.
On a vu que ça marche pour 5. Ça marche aussi en remplaçant 5 par 1. Et ça marche encore en remplaçant 5 par -3,, par 9, par 13 ... bref par tout entier 4k+1 congru à 1 modulo 4.
Pour voir cela, travailler avec l'anneau \mathbb Z[\alpha]\alpha^2=\alpha+k.

Posté par
jandri Correcteur
re : Une curiosité arithmétique ! 30-04-23 à 09:58

Je traduis les propos de GBZM pour ceux qui ne connaissent pas les anneaux.

Soit a=4b+1 avec b\in\N (ou \Z pour ceux qui connaissent les nombres complexes).

L'équation x^2-x-b=0 a deux solutions \alpha=\dfrac{1+\omega}2 et \beta=\dfrac{1-\omega}2\omega^2=a.

On montre par récurrence que \alpha^n=u_n\alpha+v_n et \beta^n=u_n\beta+v_n
les suites étant définies par (u_0,v_0)=(0,1), u_{n+1}=u_n+v_n et v_{n+1}=bu_n.
Ce sont donc des suites d'entiers.

Avec la formule du binôme on obtient 2^{n+1}(\alpha^{n+1}-\beta^{n+1})=2\sum_{k\geq0}{\binom{n+1}{2k+1}}\omega^{2k+1} d'où l'on déduit :
S_n=\sum_{k\geq0}{\binom{n+1}{2k+1}}a^k=2^n\dfrac{\alpha^{n+1}-\beta^{n+1}}{\omega}=2^nu_{n+1} qui démontre que 2^n divise l'entier S_n.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Une curiosité arithmétique ! 01-05-23 à 18:48

Oui GBZM et jandri c'est une belle généralisation !



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