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Licence 3 · Arithmétique L3 — Théorie des nombres
Divisibilité et algorithme d'Euclide
Divisibilité dans
1. Définitions
divise () si , .
Propriétés :
- , ,
- et (transitivité)
- et (combinaison linéaire)
- et
2. Division euclidienne
Pour , : il existe un unique couple avec tel que :
3. PGCD et algorithme d'Euclide
est le plus grand entier divisant et .
Algorithme d'Euclide : répéter et remplacer par jusqu'à .
4. Théorème de Bézout
il existe tels que .
Corollaire : et sont premiers entre eux () .
Lemme de Gauss : si et , alors .
5. PPCM
.
6. Nombres premiers
est premier si ses seuls diviseurs positifs sont et .
Théorème fondamental : tout entier s'écrit de façon unique (à l'ordre près) comme produit de nombres premiers.
Exercices de la leçon
Exercice 1
Calculer par l'algorithme d'Euclide.
Corrigé
. . . .
Exercice 2
Vrai ou faux : .
Corrigé
. Donc .
Exercice 3
Donner la division euclidienne de par .
Corrigé
, . Donc avec .
Exercice 4
Vrai ou faux : .
Corrigé
Vrai. C'est la propriété fondamentale de l'algorithme d'Euclide. Si , alors tout diviseur commun de est diviseur commun de et vice versa.
Exercice 5
Quel est ?
Corrigé
. .
Exercice 6
Trouver les coefficients de Bézout pour .
Corrigé
Euclide : , , .
Remontée (Bézout) :
.
Donc . Coefficients : , .
Vérification : ✓.
Exercice 7
Vrai ou faux : Si et , alors (lemme de Gauss).
Corrigé
Vrai. C'est le lemme de Gauss. Preuve : . Multipliant par : . Comme et (donc ), on a .
Exercice 8
Calculer .
Corrigé
Propriété : .
.
Donc .
Exercice 9
Vrai ou faux : Il existe une infinité de nombres premiers.
Corrigé
Vrai. Preuve d'Euclide : supposons une liste finie . Alors n'est divisible par aucun (reste ). Donc a un facteur premier non dans la liste : contradiction.
Exercice 10
Résoudre (trouver l'inverse de mod ).
Corrigé
Euclide : , , .
Bézout : .
Donc , soit .
. Donc l'inverse de mod est . Vérif : ✓.
Exercice 11
Montrer que pour tout .
Corrigé
Preuve :
Soit . Alors et .
Donc .
Comme et , on a .
Exercice 12
Vrai ou faux : premier et ou .
Corrigé
Vrai. C'est la propriété fondamentale des nombres premiers (Euclide). Si , alors (car est premier), et par le lemme de Gauss .
Exercice 13
Résoudre l'équation diophantienne .
Corrigé
: l'équation admet des solutions.
On divise par : .
Bézout : , donc . Solution particulière : , .
Solution générale : , , (les et ).
Exercice 14
Montrer que tout entier admet un facteur premier.
Corrigé
Preuve par descente infinie :
Si est premier, c'est lui-même son facteur premier.
Sinon avec . L'entier est . Par récurrence (ou descente sur des diviseurs strictement plus petits), admet un facteur premier . Alors et , donc .
Exercice 15
Vrai ou faux : L'algorithme d'Euclide a une complexité étapes.
Corrigé
Vrai. Par le lemme de Lamé : le nombre d'étapes est . En pratique on montre que les restes diminuent d'au moins moitié tous les deux pas, donnant (lié aux nombres de Fibonacci).
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