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Plus grand commun
diviseur
PGCD DE DEUX ENTIERS NATURELS
u Définition
Soit deux nombres entiers naturels a et b non nuls. Un nombre entier natu-
rel δ qui divise chacun de ces nombres est appelé diviseur commun de ces
nombres. L'ensemble des diviseurs communs aux nombres a et b est un en-
semble fini, noté D(a, b).
Le plus grand élément de l'ensemble D(a, b) est appelé plus grand com-
mun diviseur de a et de b. On écrit en abrégé PGCD (a, b).
u Algorithme d'Euclide
Si b divise a alors tout diviseur de b est aussi un diviseur de a et
PGCD (a, b) = b.
Si r est le reste de la division de a par b, alors D(a, b) = D(b, r) donc
PGCD (a, b) = PGCD (b, r).
Le PGCD de deux nombres est le dernier reste, non nul, de la succession
de divisions que l'on effectue dans l'algorithme d'EUCLIDE.
Les diviseurs communs à deux nombres sont les diviseurs de leur PGCD.
u Propriétés du PGCD de deux nombres
Le PGCD δ de deux nombres entiers naturels a et b est une combinaison
linéaire entière de a et de b, c'est à dire qu'il existe deux entiers relatifs u et v
tels que : δ = a u + b v.
Si a, b et k sont trois entiers naturels non nuls, alors
PGCD (k a, k b) = k PGCD (a, b).
Si d est un diviseur commun à a et b alors d est un diviseur de toute com-
binaison linéaire de a et b et, en particulier, un diviseur de leur PGCD.
16 u Chapitre 2
Si a, b sont deux entiers naturels non nuls, et si λ est un entier relatif tel
que a + λ b soit un entier naturel non nul alors :
PGCD (a, b) = PGCD (a + λ b, b).
NOMBRES PREMIERS ENTRE EUX
u Définition
Deux entiers naturels, non nuls, sont dits premiers entre eux si, et seule-
ment si, leur PGCD est égal à 1.
u Propriétés
Tout entier naturel est premier avec 1.
Si δ est le PGCD de a et b alors il existe deux entiers a’ et b’, premiers
entre eux, tels que a = δ a’ et b = δ b.
u Théorème de BACHET - BEZOUT.
Deux nombres entiers a et b sont premiers entre eux si, et seulement si, il
existe un couple d'entiers relatifs u et v tels que a u + b v = 1.
u Théorème de GAUSS.
Soit a, b et c trois entiers relatifs non nuls. Si a divise le produit bc et si a
est premier avec b alors a divise c.
Si un nombre entier naturel n est divisible par deux entiers naturels pre-
miers entre eux il est divisible par leur produit.
On ne change pas le PGCD de deux nombres en multipliant l'un d'entre
eux par un nombre premier avec l'autre.
a, b et c étant des entiers naturels non nuls, si PGCD (a, c) = 1 alors
PGCD (a, b) = PGCD (a, bc)
Un nombre entier est premier avec un produit de deux facteurs entiers si,
et seulement si, il est premier avec chacun de ces facteurs.
Si deux entiers naturels et b sont premiers entre eux alors (a + b) et ab le
sont aussi.
Plus grand commun diviseur t 17
x Enoncés des exercices y
n Exercice 1.............................................................................(10 min)
Soit a et b deux entiers naturels non nuls, A et B les nombres définis
par : A = 3 a + 4 b et B = 4 a + 5 b.
1. Montrer que D (a, b) D(A, B).
2. Exprimer a et b en fonction de A et B. En déduire que : D(A, B) D(a, b).
3. Montrer que a et b sont premiers entre eux si, et seulement si, A et B le
sont.
n Exercice 2.............................................................................(10 min)
Soit a et b deux entiers naturels non nuls, A et B les nombres définis par :
A = 11 a + 2 b et B = 18 a + 5 b
1. Montrer que D (a, b) D(A, B).
2. Exprimer a et b en fonction de A et de B. En déduire que tout diviseur
commun à A et B est un diviseur commun à 19 a et 19 b.
3. On suppose que a et b sont premiers entre eux.
Montrer que le PGCD de A et B divise 19.
nn Exercice 3...........................................................................(10 min)
1. On sait que si a et b sont deux entiers naturels premiers entre eux alors ab
et a + b sont premiers entre eux.
En déduire que si les entiers naturels a et b sont premiers entre eux alors
a + b et a
2 + b
2 ab ne peuvent avoir d'autres diviseurs communs que les
diviseurs de 3.
2. Plus généralement, soit n un entier naturel tel que a
2 + b2 n ab soit non
nul ; démontrer que si a et b sont premiers entre eux alors
a + b et a
2 + b
2 n ab ne peuvent avoir d'autres diviseurs communs que
les diviseurs de n + 2.
nn Exercice 4...........................................................................(15 min)
Déterminer les couples (a, b) d'entiers naturels tels que a > b, a
2 b
2 = 405 et
PGCD(a, b) = 3.
18 u Chapitre 2
nn Exercice 5.........................................................................(15 min))
Les entiers naturels non nuls a, b, c et d sont des termes consécutifs d'une suite
géométrique dont la raison q est un nombre entier premier avec a.
De plus a, b, d vérifient la relation 10 a2 = d b.
1. Démontrer que : q (q +1) (q –1) = 10 a.
2. Déterminer les valeurs possibles de q. En déduire les valeurs correspon-
dantes de a, b, c et d.
nn Exercice 6.........................................................................(15 min))
Soit n un entier naturel non nul et a, b les entiers naturels définis par :
a = 5 n
2 + 7 et b = n
2 + 2.
1. Démontrer que tout diviseur commun à a et b est un diviseur de 3.
2. Démontrer que PGCD (a, b) = 3 si, et seulement si, n2 1 [3].
3. En déduire, suivant les valeurs de n, le PGCD de a et b.
nn Exercice 7.......................................................................... (15 min)
Démontrer que pour tout entier naturel non nul n, les entiers naturels a et b
sont premiers entre eux dans chacun des cas suivants :
1. a = 3 n + 2 et b = 2 n +1
2. a = n2 et b = n +1
3. a = 2 n +1 et b = 2 n (n +1).
nn Exercice 8.......................................................................... (15 min)
1. Soit k un entier naturel non nul. On pose : a = 2 k –1 et b = 2 k +1.
Démontrer que, pour tout k, les entiers a et b sont premiers entre eux.
2. Soit n un entier naturel non nul et A, B les entiers naturels définis par :
A = n2 + n et B = n2 n.
Déterminer, suivant la parité de n, le PGCD de A et B.
nn Exercice 9.......................................................................... (15 min)
Soit n un entier naturel. On pose A = n
4 + n
2 +1.
1. En remarquant que : A = n
4 + 2n2 +1 n
2, montrer que A peut s'écrire
comme produit de deux facteurs du second degré.
2. On pose a = n
2 + n +1 et b = n
2 n +1.
a) Démontrer que a et b sont impairs.
b) Soit d un diviseur commun à a et à b . Démontrer que d divise 2n et
2(n
2 +1).
c) Montrer que n et n
2+1 sont premiers entre eux.
d) En déduire que a et b sont premiers entre eux.
Plus grand commun diviseur t 19
nn Exercice 10........................................................................ (15 min)
Soit n un entier naturel strictement supérieur à 1.
1. On pose A = n –1 et B = n2 3 n + 6.
a) Déterminer deux entiers relatifs a et b tels que pour tout n on ait :
n2 3 n + 6 = (an + b)(n –1) + 4.
b) En déduire que PGCD (A, B) = PGCD (A, 4).
2. Donner suivant les valeurs de n, le PGCD de A et 4.
3. Pour quelles valeurs de n le nombre Fn défini par :
Fn = 2
(36)(21)
1
nnn
n
+−
est-il entier ?
nn Exercice 11........................................................................ (15 min)
Soit n un entier naturel, non nul.
1. On pose A = n2 + 3 et B = n + 2.
a) Déterminer deux entiers relatifs a et b tels que pour tout n on ait :
n2 + 3 = (n + 2)(an + b) + 7.
b) En déduire que : PGCD (n2 +3, n 2) = PGCD (n +2, 7).
2. Pour quelles valeurs de n la fraction 2
3
2
n
n
+
+
est-elle irréductible ?
3. Déterminer n de façon que 2
3
2
n
n
+
+
soit un entier naturel.
nn Exercice 12........................................................................(15 min)
1. Soit n un entier naturel non nul.
a) Calculer pour n {0, 1, 2, 3, 4, 5}, le reste de la division de 3n par 7.
b) Démontrer que, quel que soit l'entier naturel n, 3n+6 3 n [7].
c) De manière générale, comment peut-on calculer, pour tout entier natu-
rel n, le reste de la division de 3
n par 7 ?
d) En déduire le reste de la division de 3
2003 par 7.
2. Soit U
n = 1 + 3 + 3
2 + + 3
n–1n est un entier supérieur à 2.
a) Montrer que si U
n est divisible par 7 , alors 3
n 1 [7].
b) Réciproquement, montrer que si 3
n 1 [7] alors U
n 0 [7].
c) En déduire les valeurs de n telles que U
n soit divisible par 7.
nn Exercice 13........................................................................(15 min)
Soit (E) l'équation : 26 x –17 y = 1 x et y sont deux entiers naturels.
1. En utilisant l'algorithme d'Euclide déterminer une solution particulière de
l'équation (E).
2. En déduire l'ensemble des solutions de l'équation (E).
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