RECHERCHES ARITHMETIQUES par Carl Friedrich GAUSS

RECHERCHES ARITHMETIQUES
par Carl Friedrich GAUSS
Rémi CHEVAL
7 juillet 2014
1 Des nombres congrus en général
Définition 1 (Congruence). Soient aun entier naturel et b, c deux entiers relatifs.
Si adivise (bc),bet csont dits congrus suivant a, sinon incongrus. a
s’appellera le
module
.
Chacun des nombres
b
et
c
,
résidus
de l’autre dans le premier cas, et
non résidus
dans le seconde.
Les nombres peuvent être positifs ou négatifs, mais entiers. Quant au module, il doit évidemment être
pris absolument, c’est-à-dire, sans aucun signe.
Ainsi
9et
+
16 sont
congrus
par rapport au module 5;
7est
résidu
de 15 par rapport au module
11, et non résidu par rapport au module 3.
Au reste
0
étant divisible par tous les nombres,
il s’ensuit qu’on peut regarder tout nombre
comme congru avec lui-même par rapport à un module quelconque.
Tous les résidus d’un nombre donné
a
suivant le module
m
sont compris dans la formule
a+k m
,
k
étant un entier indéterminé. Les plus faciles des propositions que nous allons exposer peuvent sans
peine se démontrer par-là ; mais chacun en sentira la vérité au premier aspect.
Nous désignerons dorénavant
la congruence de deux nombres par ce signe
, en y joignant,
lorsqu’il sera nécessaire, le module renfermé entre parenthèses ; ainsi :
16 9(mod. 5),715 (mod. 11)
Théorème 2. Soient mnombres entiers successifs a, a +1, a +2, ..., a +m1et un autre A.
Un des premiers sera congru avec A, suivant le module m, et il n’y en aura qu’un.
Démonstration. On sait qu’il existe un unique kZ(il s’agit de la partie entière supérieure) tel que :
k1<aA
mk
A+(k1)m<aA+k m
Existence d’un résidu présent dans {a+iiJ0, m 1K}:
On obtient ainsi : aA+k m <a+m
Donc il existe iJ0, m 1Ktel que AA+k m (mod. m)a+i(mod. m)
Unicité de ce résidu : iJ0, m 1K,
k1<a+iA
m<k+1
Donc il existe un unique iJ0, m 1Ktel que la fraction a+iA
msoit un entier.
1
Définition 3
(
Résidus minima, résidu minimum absolu).
En appliquant le théorème précédent res-
pectivement avec
a=
0et avec
a=(m
1
)
, on obtient que chaque nombre aura un résidu, tant dans la suite
0
,
1
, ..., (m
1
)
, que dans celle-ci : 0
,
1
, ..., (m
1
)
;
nous les appellerons résidus minima
; et il
est clair qu’à moins que 0ne soit résidu, il y en aura toujours deux : l’un positif, l’autre négatif. S’ils sont
inégaux, l’un deux sera strictement inférieur à
m/
2; s’ils sont égaux, chacun d’eux égaux à
m/
2sans avoir
égard au signe ; d’où il suit qu’un nombre quelconque a un résidu qui ne surpasse pas la moitié du module,
et que nous appellerons résidu minimum absolu.
Exemple 4.
13 suivant le module 5, a pour
résidu minimum positif
2, qui est en même temps
minimum absolu
, et
3
pour résidu minimum négatif ; +
5, suivant le module 7, est lui-même son
résidu minimum positif
;
2est le
résidu minimum négatif
et en même temps le
minimum absolu.
Proposition 5. Des notions que nous venons d’établir, nous tirerons d’abord les conséquences suivantes :
1.
Les nombres qui sont congrus suivant un module composé, le sont également suivant un quelconque de
ses diviseurs : a, b Z,d, m N, a b(mod. m), d malors ab(mod. d)
2.
Si plusieurs nombres sont congrus à un même suivant le même module, ils seront congrus entre eux
(toujours suivant le même module) :
a, b, c Z,mN, a c(mod. m), b c(mod. m),
alors ab(mod. m)
3.
On doit supposer la même identité de module dans ce qui suit. Les nombres congrus ont
les mêmes
résidus minima ; les nombres incongrus les ont différents.
Démonstration. Soient a, b, c Zet d, m N,
1.ba
met m
dsont des entiers donc ba
d=ba
m×m
dest un entier
2.ca
met cb
msont des entiers donc ba
m=ca
mcb
mest un entier
3.Il s’agit une conséquence directe du point 2.
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