—- 23 Mars 2016
Correction du Devoir en temps libre : noV
Les nombres de la forme 2n1 où nest un entier naturel non nul sont appelés nombres de Mersenne.
1On désigne par a,b et ctrois entiers naturels non nuls tels que pgcd(b;c) = 1. Prouver, à l’aide du
théorème de Gauss, que : « si bdivise aet cdivise aalors le produit bc divise a. »
Par hypothèse bdivise aet cdivise a, il existe donc deux entiers ket ltels que :
a=kb et a=lc.
On a donc kb =lc, ce qui donne que bdivise lc.
Or pgcd(b;c) = 1, donc les nombres bet csont premiers entre eux.
Le théorème de Gauss permet d’armer bdivise l, il existe donc un entier k0tel que : l=k0b.
Ainsi a=lc =k0bc =k0×bc.
Ayant a=k0×bc, avec k0entier, on a prouvé que le produit bc divise a. Donc « si bdivise aet cdivise a
alors le produit bc divise a. »
2On considère le nombre de Mersenne 233 1. Un élève utilise sa calculatrice et obtient les résultats
ci-dessous.
(233 1) ÷3 2863311530
(233 1) ÷4 4 2147483648
(233 1) ÷12 12 715827882,6
Il arme que 3 divise (233 1) et 4 divise (233 1) et 12 ne divise pas (233 1).
a. En quoi cette armation contredit-elle le résultat démontré à la question 1) ?
Si 3 divise (233 1) et 4 divise (233 1) ,comme 3 et 4 sont premiers entre eux, avec le 1) on déduit
que 3 ×4 = 12 divise (233 1). D’où la contradiction.
b. Justifier que, en réalité, 4 ne divise pas (233 1).
On a par exemple 233 = 22×231 = 4 ×231 ;
Donc 233 est un multiple de 4, soit 233 0mod(4),puis en ajoutant -1 :
233 1≡ −1mod(4), soit 233 13mod(4).
Le reste de la division euclidienne de 233 1 par 4 est 3. Donc 4 ne divise pas (233 1).
c. En remarquant que 2 ≡ −1[3], montrer que, en réalité, 3 ne divise pas233 1.
2≡ −1[3],
comme les congruences sont compatibles avec les puissances :233 (1)33[3],
soit 233 ≡ −1[3]
puis 233 1≡ −2[3]
233 11[3]
Le reste de la division euclidienne de 233 1 par 3 est 1. Donc 3 ne divise pas (233 1).
d. Calculer la somme S= 1 + 23+232+233+···+2310
1
On reconnaît ici la somme de 11 termes de la suite géométrique de premier terme 1 de raison 23
S= 1 + 23+232+233+···+2310 =1RaisonNombre de termes
1Raison ×Premier terme
=12311
123×1
=1233
18
=233 1
7
On a donc S= 1 + 23+232+233+···+2310 =233 1
7
e. E n déduire que 7 divise 233 1.
En multipliant par 7 ; on obtient :
233 1=71 + 23+232+233+···+2310
Ce qui prouve que 7 divise 233 1.
3On considère le nombre de Mersenne 271. Est-il premier ? Justifier.
271 = 128 1 = 127.
Si 127 nest pas premier il admet un diviseur premier inférieur ou égal à 127 11.3
On teste donc les diviseurs premiers inférieurs ou égaux à 11 : soit 2 ;3 ;5 ;7 et 11.
D’après les critères de divisibilité, 127 nest pas divisible par 2, 3, 5 ou 11.
et 127 = 7 ×18 + 1, donc 127 nest pas divisible par 7.
2, 3, 5, 7 et 11 ne divisent pas 127 donc 127 est un nombre premier.
4On donne l’algorithme, ci-dessous, où MOD(N , k) représente le reste de la division euclidienne de N
par k.
Variables n entier naturel supérieur ou égal à3
k entier naturel supérieur ou égal à 2
Entrées et Initialisation : Aecter à kla valeur 2
Demander à l’utilisateur la valeur de n
Aecter à kla valeur 2
Traitement et sorties : Tant que MOD(2n1,k),0 et k2n1
Aecter à kla valeur k+ 1
Fin Tant que
Acher k
Si k > 2n1 alors
Acher « Cas 1 »
Sinon
Acher « Cas 2 »
Fin Si
a. Qu’ache cet algorithme si on saisit n= 33 ? Et si on saisit n= 7 ?
Pour n= 33, on teste les diviseurs successifs : 2 ;3 ;4 ; 5 ;6 ;7.
Lalgorithme ache 7 et "CAS 2" .
En eet 7 est un diviseur de 233 1, donc la boucle tant que s’arrête à k= 7.
Comme 7 233 1 , l’algorithme ache "CAS 2" .
si on saisit n= 7 on teste les diviseurs successifs : 2 ;3 ;4 ; 5 ;6 ;7···, jusqu’à 11 , puisqu’on
s’arrête à 27111;3 127 est un nombre premier.
Lalgorithme ache 12 et "CAS 1" .
2
b. Que représente le CAS 2 pour le nombre de Mersenne étudié ?
Que représente alors le nombre kaché pour le nombre de Mersenne étudié ?
Le CAS 2 correspond à un nombre de Mersenne non premier, car il existe un kqui divise 2n1
inférieur à 2n1. k= 7 pour 233 1.
c. Que représente le CAS 1 pour le nombre de Mersenne étudié ?
Le CAS 1 correspond à un nombre de Mersenne premier comme 271.
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