Devoir - Playmaths

TS Spécialité Devoir Lundi 25 janvier 2016
Exercice 1 : (14,5 points)
Dans cet exercice, on appelle numéro du jour de naissance le rang de
ce jour dans le mois et numéro du mois de naissance, le rang du mois
dans l’année.
Par exemple, pour une personne née le 14 mai, le numéro du jour de
naissance est 14 et le numéro du mois de naissance est 5.
Partie A :
Lors d’une représentation, un magicien demande aux spectateurs
d’effectuer le programme de calcul (A) suivant :
« Prenez le numéro de votre jour de naissance et multipliez-le par 12.
Prenez le numéro de votre mois de naissance et multipliez-le par 37.
Ajoutez les deux nombres obtenus. Je pourrai alors vous donner la
date de votre anniversaire ».
Un spectateur annonce 308 et en quelques secondes, le magicien
déclare : « Votre anniversaire tombe le 1er août ! ».
1) Vérifier que pour une personne née le 1er août, le programme de
calcul (A) donne effectivement le nombre 308.
2) a) Pour un spectateur donné, on note j le numéro de son jour de
naissance, m celui de son mois de naissance et z le résultat
obtenu en appliquant le programme de calcul (A).
Exprimer z en fonction de j et de m et démontrer que z et m
sont congrus modulo 12.
b) Retrouver alors la date de l’anniversaire d’un spectateur
ayant obtenu le nombre 474 en appliquant le programme de
calcul (A).
Partie B :
Lors d’une autre représentation, le magicien décide de changer son
programme de calcul. Pour un spectateur dont le numéro du jour de
naissance est j et le numéro du mois de naissance est m, le magicien
demande de calculer le nombre z défini par z = 12j +31m.
Dans les questions suivantes, on étudie différentes méthodes
permettant de retrouver la date d’anniversaire du spectateur.
1) Première méthode :
On considère l’algorithme suivant :
Variables : j et m sont des entiers naturels
Traitement : Pour m allant de 1 à 12 faire :
Pour j allant de 1 à 31 faire :
z prend la valeur 12j +31m
Afficher z
Fin Pour
Fin Pour
Modifier cet algorithme afin qu’il affiche toutes les valeurs de j et de
m telles que 12j +31m = 503.
2) Deuxième méthode :
a) Démontrer que 7m et z ont le même reste dans la division
euclidienne par 12.
b) Pour m variant de 1 à 12, donner le reste de la division
euclidienne de 7m par 12.
c) En déduire la date de l’anniversaire d’un spectateur ayant
obtenu le nombre 503 avec le programme de calcul (B).
3) Troisième méthode :
a) Démontrer que le couple (−2 ; 17) est solution de l’équation
12x + 31y = 503.
b) En déduire que si un couple d’entiers relatifs (x ; y) est
solution de l’équation 12x + 31y = 503,
alors 12(x + 2) = 31(17 − y).
c) Déterminer l’ensemble de tous les couples d’entiers relatifs
(x ; y), solutions de l’équation 12x + 31y = 503.
d) Démontrer qu’il existe un unique couple d’entiers relatifs
(x ; y) tel que 1 ≤ y ≤ 12.
En déduire la date d’anniversaire d’un spectateur ayant
obtenu le nombre 503 avec le programme de calcul (B).

Exercice 2 : (5,5 points)
On dit qu’un entier naturel non nul N est un nombre triangulaire s’il
existe un entier naturel n tel que : N = 1 + 2 + . . .+ n.
Par exemple, 10 est un nombre triangulaire car 10 = 1 + 2 + 3 + 4.
Le but de ce problème est de déterminer des nombres triangulaires
qui sont les carrés d’un entier.
On rappelle que, pour tout entier naturel non nul n, on a :
1 + 2 +. . .+ n =
2
)1n(n 
Partie A : nombres triangulaires et carrés d’entiers
1) Montrer que 36 est un nombre triangulaire, et qu’il est aussi le
carré d’un entier.
2) a) Montrer que le nombre 1 + 2 +. . .+ n est le carré d’un entier
si et seulement s’il existe un entier naturel p tel que :
n² + n – 2p² = 0
b) En déduire que le nombre 1 + 2 +. . .+ n est le carré d’un
entier si et seulement s’il existe un entier naturel p tel que :
(2n +1)² −8p² = 1.
Partie B : étude de l’équation diophantienne associée
On considère (E) l’équation diophantienne :
x² - 8y² = 1, où x et y désignent deux entiers relatifs.
1) Donner deux couples d’entiers naturels inférieurs à 10 qui sont
solution de (E).
2) Démontrer que, si un couple d’entiers relatifs non nuls (x ; y)
est solution de (E), alors les entiers relatifs x et y sont
premiers entre eux.
La suite n’est pas à traiter ‼ !
Partie C : lien avec le calcul matriciel
Soit x et y deux entiers relatifs. On considère la matrice A =
31
83
.
On définit les entiers relatifs x′ et y′ par l’égalité :
y
x
A
'y
'x
1) Exprimer x′ et y′ en fonction de x et de y.
2) Déterminer la matrice A-1, puis exprimer x et y en fonction de
x′ et y′.
3) Démontrer que (x ; y) est solution de (E) si et seulement si (x′ ;
y′) est solution de (E).
4) On considère les suites (xn) et (yn) et définies par x0 = 3, y0 = 1
et, pour tout entier naturel n,
n
n
1n
1n y
x
A
y
x
.
On admet que, ainsi définis, les nombres xn et yn sont des
entiers naturels pour toute valeur de l’entier n.
Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel n, le
couple (xn ; yn) est solution de (E).
Partie D : retour au problème initial
À l’aide des parties précédentes, déterminer un nombre triangulaire
supérieur à 2 015 qui est le carré d’un entier.