MAT3632 : théorie des nombres, automne 2013
Exercices, II (nombres premiers)
Problème 1. (a) Soit k≥2. Montrez que un nombre nest une k-ième puissance si est
seulement si k|vp(n)pour chaque nombre premier p.
(b) Est-ce qu’il existe un nombre naturel ntel que sa moitié est un carré parfait, son tiers
est un cube est son cinquième est une cinquième puissance ?
Problème 2. Montrez que, pour chaque entier n≥1, le nombre 4n3+ 6n2+ 4n+ 1 est
composé. [Indication : Développez (x+y)4.]
Problème 3. (a) Montrez que (a, b)>1si et seulement si il existe un nombre premier
ptel que p|aet p|b.
(b) Montrez que (xm, xn+ 1) = 1, pour chaque m, n ∈N.
(c) Si a≡3 (mod 7), montrez que (a3−a, a3−a+ 7) = 1. Quand est-ce que (a3−a, a3−
a+ 7) >1?
(d) Étant donnés knombres naturels a1, a2, . . . , ak, on définit le plus grand commun
diviseur des a1, . . . , akcomme
(a1, . . . , ak) := max{d∈N:d|ajpour chaque j∈ {1, . . . , k}}.
Montrez que (ab, a +b2, a +b+ 1) = 1 pour chaque a, b ∈N.
Problème 4. Soit λ=r/s ∈[1/2,1), avec (r, s) = 1. Soit aussi ndivisible par s.
(a) Soit µ=λ/(1 −λ). Montrez que max0≤k≤nn
kµk=n
λnµλn.
[Indication : Soit ak=n
kµk. Examinez quand le quotient ak+1/akest plus grand que
1.]
(b) Montrez que
1
n·λ−λn(1 −λ)−(1−λ)n≤n
λn≤λ−λn(1 −λ)−(1−λ)n.
(c) Montrez que
1
n−λn
λn<p≤n
log p≤C(λ) := λlog λ
λ−1−log(1 −λ).
(d) Montrez que C(λ)est une fonction croissante de λ. Alors la borne pour le rapport
λn<p≤nlog p/(n−λn)est optimisée quand λ= 1/2, dans quel cas C(λ) = log 4.
Remarque. Par le théorème de nombres premiers, on expècte que λn<p≤nlog p∼(1−λ)n.
Ça explique pourquoi on normalise par diviser avec n−λn.
Problème 5. Soit p1< p2< p3<· · · la séquence des nombres premiers.
(a) Montrez que il existe deux constants positifs c1et c2tels que
c1klog k≤pk≤c2klog k,
pour chaque k≥2.
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