+Nombres entiers

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Nombres entiers
Nombres entiers
Exercice 1 [ 02054 ] [correction]
Soient P={2k|k∈Z}et I={2k+ 1 |k∈Z}les ensembles formés
respectivement des entiers pairs et impairs. Montrer que P ∩ I =∅.
Exercice 2 [ 02055 ] [correction]
Montrer qu’il n’existe pas de suite strictement décroissante d’entiers naturels.
Principe de récurrence
Exercice 3 [ 02056 ] [correction]
Soit (un)une suite réelle telle que
u0= 1 et ∀n∈N, un+1 =1 + 1
n+ 1un
Donner l’expression du terme général unde cette suite.
Exercice 4 [ 02057 ] [correction]
Soit (un)la suite réelle déterminée par
u0= 2, u1= 3 et ∀n∈N, un+2 = 3un+1 −2un
Montrer
∀n∈N, un= 2n+ 1
Exercice 5 [ 01274 ] [correction]
a) Soit x∈Rtel que x+ 1/x ∈Z.
Montrer que pour tout n∈N,
xn+1
xn∈Z
b) Déterminer un réel xnon entier vérifiant la propriété x+ 1/x ∈Z.
Exercice 6 [ 02058 ] [correction]
Montrer que
∀n∈N\{0,1},1 + 1
22+··· +1 n2>3n 2n+ 1
Exercice 7 [ 02059 ] [correction]
Montrer que
∀n∈N?,1!3! . . . (2n+ 1)! >((n+ 1)!)n+1
Exercice 8 [ 02060 ] [correction]
Le raisonnement suivant est erroné :
Montrons, par récurrence sur n∈N?, la propriété :
P(n)=npoints deux à deux distincts quelconques du plan sont toujours alignés.
Pour n= 1 et n= 2, la propriété est vraie.
Supposons la propriété établie au rang n>2.
Considérons alors n+ 1 points deux à deux distincts A1, A2, . . . , An, An+1.
(HR) Les points A1, A2, . . . , Ansont alignés sur une droite D.
(HR) Les points A2, . . . , An, An+1 sont alignés sur une droite D0.
Or Det D0contiennent les deux points distincts A2et An, donc D=D0.
Par suite A1, A2, . . . , An, An+1 sont alignés sur la droite D=D0.
Récurrence établie.
Où est l’erreur ?
Exercice 9 [ 02061 ] [correction]
On se propose d’établir
∀n∈N?,∃(p, q)∈N2,n= 2p(2q+ 1)
en procédant de deux manières :
a) 1ère méthode : Pour n∈N?fixé, on pose A={m∈N/2m|n}.
Montrer que Aadmet un plus grand élément pet que pour celui-ci on peut écrire
n= 2p(2q+ 1) avec q∈N.
b) 2ème méthode : Procéder par récurrence forte sur n∈N?
Sommes
Exercice 10 [ 02062 ] [correction]
Parmi les formules suivantes, lesquelles sont vraies :
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a)
n
X
i=1
α+ai=α+
n
X
i=1
aib)
n
X
i=1
ai+bi=
n
X
i=1
ai+
n
X
i=1
bi
c)
n
X
i=1
αai=α
n
X
i=1
aid)
n
X
i=1
aibi=
n
X
i=1
ai
n
X
i=1
bi
e)
n
X
i=1
aα
i= n
X
i=1
ai!α f)
n
X
j=1
n
X
i=1
ai,j =
n
X
i=1
n
X
j=1
ai,j ?
Exercice 11 [ 02063 ] [correction]
Etablir l’une des trois formules suivantes :
a)
n
P
k=1
k=n(n+1)
2b)
n
P
k=1
k2=n(n+1)(2n+1)
6c)
n
P
k=1
k3=n2(n+1)2
4
Exercice 12 [ 02064 ] [correction]
A partir des valeurs connues de
n
P
k=1
ket
n
P
k=1
k2, calculer :
a)
n
P
k=1
k(k+ 1)
b) 1.n + 2.(n−1) + ··· + (n−1).2 + n.1.
Exercice 13 [ 02065 ] [correction]
Calculer n
X
k=1
(−1)kk
Exercice 14 [ 02066 ] [correction]
Montrer que la suite de terme général un=
n
P
k=1
1
n+kest strictement croissante.
Exercice 15 [ 02067 ] [correction]
Montrer
∀n∈N,
n
X
k=0
k!6(n+ 1)!
Exercice 16 [ 02068 ] [correction]
Calculer n
X
k=1
k
(k+ 1)!
Exercice 17 [ 02069 ] [correction]
a) Calculer p
X
k=1
kk!
b) Soit p∈N. Montrer que pour tout n∈[[0,(p+ 1)! −1]], il existe un (p+ 1)
uplet (n0, n1, . . . , np)∈Np+1 tel que
∀k∈[[0, p]] ,06nk6ket n=
p
X
k=0
nkk!
c) Justifier l’unicité d’une telle suite.
Exercice 18 [ 03640 ] [correction]
Soient (x1, . . . , xn)et (y1, . . . , yn)deux suites réelles monotones. Comparer
1
n
n
X
k=1
xk! 1
n
n
X
k=1
yk!et 1
n
n
X
k=1
xkyk
Sommes géométriques
Exercice 19 [ 02070 ] [correction]
Calculer, pour tout θ∈R, la somme
n
P
k=0
eikθ .
Exercice 20 [ 02071 ] [correction]
Calculer, pour tout q∈C, la somme
n
P
k=0
q2k.
Exercice 21 [ 02072 ] [correction]
Pour q∈C\{1}et n∈N, on pose Sn=
n
P
k=0
kqk.
En calculant qSn−Sn, déterminer la valeur de Sn.
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Sommes doubles
Exercice 22 [ 02073 ] [correction]
A partir des valeurs connues de
n
P
k=1
k,
n
P
k=1
k2et
n
P
k=1
k3, calculer :
a) X
16i,j6n
(i+j)2b) X
16i<j6n
ij c) X
16i,j6n
min(i, j)
Exercice 23 [ 02074 ] [correction]
Soit n∈N?. Calculer Cn=P
16p<q6n
(p+q)en remarquant
X
16p,q6n
p+q= 2Cn+ 2
n
X
p=1
p
Produits
Exercice 24 [ 02075 ] [correction]
Parmi les formules suivantes, lesquelles sont vraies :
a)
n
Q
i=1
αai=α
n
Q
i=1
aib)
n
Q
i=1
aibi=
n
Q
i=1
ai
n
Q
i=1
bic)
n
Q
i=1
ai+bi=
n
Q
i=1
ai+
n
Q
i=1
bi?
Exercice 25 [ 02076 ] [correction]
Calculer n
Y
k=1 1 + 1
k
Exercice 26 [ 02077 ] [correction]
On désire calculer le produit P(x) = Q
06k6n
cos(2kx)pour tout x∈R.
a) Commencer par traiter le cas x= 0 [π].
b) Pour x6= 0 [π], simplifier sin(x)P(x)et exprimer P(x).
Exercice 27 [ 02078 ] [correction]
Soient a∈Ret
P=
n
Y
k=0
(1 + a2k)
a) Calculer Pquand a= 1.
b) Calculer (1 −a)Pquand a6= 1 et en déduire la valeur de P.
c) Comment expliquer la formule obtenue ?
Exercice 28 [ 03498 ] [correction]
Pour n∈N?, simplifier n
Y
k=1
2k+ 3
2k−1
Nombres factoriels
Exercice 29 [ 02079 ] [correction]
Exprimer 2×4× ··· × (2n)puis 1×3× ··· × (2n+ 1) à l’aide de factoriels
Exercice 30 [ 02080 ] [correction]
Montrer de deux manières que pour tout n∈N?
n
Y
k=1
(4k−2) =
n
Y
k=1
(n+k)
Coefficients binomiaux
Exercice 31 [ 02081 ] [correction]
Montrer que pour tout n∈Net tout p∈Z
p n
p!=n n−1 p−1!
En déduire n
X
p=0
p n
p!=n2n−1
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Exercice 32 [ 02082 ] [correction]
Calculer pour tout n∈N?:
a) S0=
n
X
k=0 n
k!b) S1=
n
X
k=0
k n
k!c) S2=
n
X
k=0
k2 n
k!
Exercice 33 [ 02083 ] [correction]
Pour n∈N?, calculer
A=
E(n/2)
X
k=0 n
2k!et B=
E((n−1)/2)
X
k=0 n
2k+ 1!
en formant un système dont Aet Bseraient solutions.
Exercice 34 [ 02084 ] [correction]
Soit n∈N. Calculer n
X
p=0 n
p!jp
En déduire
A=
bn/3c
X
k=0 n
3k!, B =
b(n−1)/3c
X
k=0 n
3k+ 1!et C=
b(n−2)/3c
X
k=0 n
3k+ 2!
Exercice 35 [ 02085 ] [correction]
[Formule de Chu-Vandermonde]
Soient n, p, q ∈Ntels que n6p+q.
En développant de deux manières (1 + x)p×(1 + x)q, établir
n
X
k=0 p
k! q n−k!= p+q n!
Exercice 36 [ 02086 ] [correction]
Calculer, pour tout n, p ∈N, la somme
n
X
k=0 p+k
k!
Exercice 37 [ 02087 ] [correction]
Calculer pour n, p ∈N?, la somme
n
X
i=0 
p
Y
j=1
(i+j)
Exercice 38 [ 02088 ] [correction]
Développer (a+b+c)n.
Exercice 39 [ 02089 ] [correction]
a) Soit n∈N. Calculer
n
X
k=0
(−1)k n
k!
b) Soient k, `, n ∈Ntels que `6k6n. Comparer
n
k! k `!et n `! n−` k−`!
c) Soit (xn)une suite de réels. On pose
∀k∈N, yk=
k
X
`=0 k
`!x`
Montrer que
∀n∈N, xn=
n
X
k=0
(−1)n−k n
k!yk
Exercice 40 [ 02090 ] [correction]
Montrer que pour tout n∈N?
n
X
k=1
(−1)k+1
k n
k!=
n
X
k=1
1
k
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Exercice 41 [ 02091 ] [correction]
Calculer
Sn=
n
X
k=0
(−1)k 2n+ 1
k!
Exercice 42 [ 03682 ] [correction]
Soit n∈Navec n>2.
a) On suppose que nest premier. Montrer
∀k∈ {2, . . . , n −1}, n divise n
k!
b) Inversement, on suppose que nest composé. Montrer
∃k∈ {2, . . . , n −1}, n ne divise pas n
k!
Exercice 43 [ 03688 ] [correction]
Soient n∈N?.
a) Justifier
∀16k6n, n
k!=n−k+ 1
k n
k−1!
b) En déduire que pour tout entier kvérifiant 16k6n/2
n
k−1!< n k!
et pour tout entier kvérifiant n/26k6n−1
n
k+ 1!< n k!
c) Comment interpréter simplement les inégalités qui viennent d’être obtenues ?
Exercice 44 [ 03689 ] [correction]
Montrer
∀n∈N?, 2n
n!>22n
2n+ 1
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