Divisibilité dans $\mathbb{Z}$ et congruences

Caractériser la divisibilité : utiliser une combinaison lineˊaire\red{\text{utiliser une combinaison linéaire}} - Exercice 2

20 min
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Question 1

Déterminer les entiers relatifs nn tels que n+1n+1 divise 3n23n-2 .

Correction
Soient aa, bb et cc trois entiers relatifs.
Si aa divise bb et cc alors aa divise toute combinaison linéaire de bb et de cc.
  • Autrement dit, si aa divise bb et cc alors aa divise βa+αb\blue{\beta} a+\purple{\alpha} bβ\beta et α\alpha sont deux entiers relatifs.
  • n+1n+1 divise 3n23n-2 et n+1n+1 divise n+1n+1 alors n+1n+1 divise toute combinaison linéaire de n+1n+1 et 3n23n-2.
    Par exemple :
    n+1n+1 divise (3×(n+1)+(1)×(3n2))\left(\blue{3}\times \left(n+1\right)+\purple{\left(-1\right)}\times\left(3n-2\right)\right) . Ici, nous avons construit une combinaison lineˊaire indeˊpendante de\red{\text{combinaison linéaire indépendante de}} n\red{n}
    n+1n+1 divise (3n+33n+2)\left(3n+3-3n+2\right)
    n+1n+1 divise 55
    Les diviseurs de 55 dans Z\mathbb{Z} sont : {5;1;1;5}\left\{-5; -1; 1;5\right\} que l'on note également : D(5)={5;1;1;5}D\left(5\right)=\left\{-5; -1; 1;5\right\}
    On a donc :
    n+1=5n=6n+1=-5\Leftrightarrow n=-6 ou\pink{\text{ou}} n+1=1n=2n+1=-1\Leftrightarrow n=-2 ou\pink{\text{ou}} n+1=1n=0n+1=1\Leftrightarrow n=0 ou\pink{\text{ou}} n+1=5n=4n+1=5\Leftrightarrow n=4
    Les solutions possibles pour nn sont alors : {6;2;0;4}\left\{-6;-2;0;4\right\}
    Il faut ensuite vérifier que pour ces valeurs de nn on a : n+1n+1 divise 3n23n-2
    Si n=6n=-6 , cela donne 5-5 divise 20-20 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=2n=-2 , cela donne 1-1 divise 8-8 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=0n=0 , cela donne 11 divise 2-2 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=4n=4 , cela donne 55 divise 1010 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Finalement, les entiers relatifs nn tels que n+1n+1 divise 3n23n-2 sont :
    {6;2;0;4}\left\{-6;-2;0;4\right\}
    Question 2

    Déterminer les entiers relatifs nn tels que n5n-5 divise n+1n+1 .

    Correction
    Soient aa, bb et cc trois entiers relatifs.
    Si aa divise bb et cc alors aa divise toute combinaison linéaire de bb et de cc.
  • Autrement dit, si aa divise bb et cc alors aa divise βa+αb\blue{\beta} a+\purple{\alpha} bβ\beta et α\alpha sont deux entiers relatifs.
  • n5n-5 divise n+1n+1 et n5n-5 divise n5n-5 alors n5n-5 divise toute combinaison linéaire de n+1n+1 et n5n-5.
    Par exemple :
    n5n-5 divise (1×(n+1)+(1)×(n5))\left(\blue{1}\times \left(n+1\right)+\purple{\left(-1\right)}\times\left(n-5\right)\right) . Ici, nous avons construit une combinaison lineˊaire indeˊpendante de\red{\text{combinaison linéaire indépendante de}} n\red{n}
    n5n-5 divise (n+1n+5)\left(n+1-n+5\right)
    n5n-5 divise 66
    Les diviseurs de 66 dans Z\mathbb{Z} sont : {6;3;2;1;1;2;3;6}\left\{-6; -3; -2; -1; 1; 2;3; 6\right\} que l'on note également : D(6)={6;3;2;1;1;2;3;6}D\left(6\right)=\left\{-6; -3; -2; -1; 1; 2;3; 6\right\}
    On a donc :
    n5=6n=1n-5=-6\Leftrightarrow n=-1 ou\pink{\text{ou}} n5=3n=2n-5=-3\Leftrightarrow n=2 ou\pink{\text{ou}} n5=2n=3n-5=-2\Leftrightarrow n=3 ou\pink{\text{ou}} n5=1n=4n-5=-1\Leftrightarrow n=4 ou\pink{\text{ou}} n5=1n=6n-5=1\Leftrightarrow n=6 ou\pink{\text{ou}} n5=2n=7n-5=2\Leftrightarrow n=7 ou\pink{\text{ou}} n5=3n=8n-5=3\Leftrightarrow n=8 ou\pink{\text{ou}} n5=6n=11n-5=6\Leftrightarrow n=11
    Les solutions possibles pour nn sont alors : {1;2;3;4;6;7;8;11}\left\{-1;2;3;4;6;7;8;11\right\}
    Il faut ensuite vérifier que pour ces valeurs de nn on a : n5n-5 divise n+1n+1
    Si n=1n=-1 , cela donne 6-6 divise 00 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=2n=2 , cela donne 3-3 divise 33 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=3n=3 , cela donne 2-2 divise 44 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=4n=4 , cela donne 1-1 divise 55 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=6n=6 , cela donne 11 divise 77 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=7n=7 , cela donne 22 divise 88 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=8n=8 , cela donne 33 divise 99 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=11n=11 , cela donne 66 divise 1212 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Finalement, les entiers relatifs nn tels que n5n-5 divise n+1n+1 sont :
    {1;2;3;4;6;7;8;11}\left\{-1;2;3;4;6;7;8;11\right\}
    Question 3

    Déterminer les entiers relatif nn tels que la fraction 2n13n+2\frac{2n-1}{3n+2} soit un entier.

    Correction
    La fraction 2n13n+2\frac{2n-1}{3n+2} est un entier si et seulement si 3n+23n+2 divise 2n12n-1.
    Soient aa, bb et cc trois entiers relatifs.
    Si aa divise bb et cc alors aa divise toute combinaison linéaire de bb et de cc.
  • Autrement dit, si aa divise bb et cc alors aa divise βa+αb\blue{\beta} a+\purple{\alpha} bβ\beta et α\alpha sont deux entiers relatifs.
  • 3n+23n+2 divise 2n12n-1 et 3n+23n+2 divise 3n+23n+2 alors 3n+23n+2 divise toute combinaison linéaire de 2n12n-1 et 3n+23n+2.
    Par exemple :
    3n+23n+2 divise (3×(2n1)+(2)×(3n+2))\left(\blue{3}\times \left(2n-1\right)+\purple{\left(-2\right)}\times\left(3n+2\right)\right) . Ici, nous avons construit une combinaison lineˊaire indeˊpendante de\red{\text{combinaison linéaire indépendante de}} n\red{n}
    3n+23n+2 divise (6n36n4)\left(6n-3-6n-4\right)
    3n+23n+2 divise 7-7
    Les diviseurs de 7-7 dans Z\mathbb{Z} sont : {7;1;1;7}\left\{-7; -1; 1; 7\right\} que l'on note également : D(7)={7;1;1;7}D\left(-7\right)=\left\{-7; -1; 1; 7\right\}
    On a donc :
    3n+2=73n=9n=33n+2=-7\Leftrightarrow 3n=-9\Leftrightarrow n=-3 ou\pink{\text{ou}} 3n+2=13n=3n=13n+2=-1\Leftrightarrow 3n=-3\Leftrightarrow n=-1 ou\pink{\text{ou}} 3n+2=13n=1n=133n+2=1\Leftrightarrow 3n=-1\Leftrightarrow n=-\frac{1}{3} ou\pink{\text{ou}} 3n+2=73n=5n=533n+2=7\Leftrightarrow 3n=5\Leftrightarrow n=\frac{5}{3}
    N'oublions pas que nn est un entier relatif donc les solutions possibles pour nn sont alors : {3;1}\left\{-3;-1\right\}
    Il faut ensuite vérifier que pour ces valeurs de nn on a : 3n+23n+2 divise 2n12n-1
    Si n=3n=-3 , cela donne 7-7 divise 7-7 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=1n=-1 , cela donne 1-1 divise 3-3 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Finalement, les entiers relatifs nn tels que 3n+23n+2 divise 2n12n-1 sont :
    {3;1}\left\{-3;-1\right\}

    Autrement dit, les entiers relatif nn tels que la fraction 2n13n+2\frac{2n-1}{3n+2} soit un entier sont les entiers n=3n=-3 et n=1n=-1 .
    Question 4

    Déterminer les entiers relatifs nn tels que 2n+52n+5 divise 3n+63n+6 .

    Correction
    Soient aa, bb et cc trois entiers relatifs.
    Si aa divise bb et cc alors aa divise toute combinaison linéaire de bb et de cc.
  • Autrement dit, si aa divise bb et cc alors aa divise βa+αb\blue{\beta} a+\purple{\alpha} bβ\beta et α\alpha sont deux entiers relatifs.
  • 2n+52n+5 divise 3n+63n+6 et 2n+52n+5 divise 2n+52n+5 alors 2n+52n+5 divise toute combinaison linéaire de 3n+63n+6 et 2n+52n+5.
    Par exemple :
    2n+52n+5 divise (2×(3n+6)+(3)×(2n+5))\left(\blue{2}\times \left(3n+6\right)+\purple{\left(-3\right)}\times\left(2n+5\right)\right) . Ici, nous avons construit une combinaison lineˊaire indeˊpendante de\red{\text{combinaison linéaire indépendante de}} n\red{n}
    2n+52n+5 divise (6n+126n15)\left(6n+12-6n-15\right)
    2n+52n+5 divise 3-3
    Les diviseurs de 3-3 dans Z\mathbb{Z} sont : {3;1;1;3}\left\{-3; -1; 1; 3\right\} que l'on note également : D(3)={3;1;1;3}D\left(-3\right)=\left\{-3; -1; 1; 3\right\}
    On a donc :
    2n+5=32n=8n=42n+5=-3\Leftrightarrow 2n=-8\Leftrightarrow n=-4 ou\pink{\text{ou}} 2n+5=12n=6n=32n+5=-1\Leftrightarrow 2n=-6\Leftrightarrow n=-3 ou\pink{\text{ou}} 2n+5=12n=4n=22n+5=1\Leftrightarrow 2n=-4\Leftrightarrow n=-2 ou\pink{\text{ou}} 2n+5=32n=2n=12n+5=3\Leftrightarrow 2n=-2\Leftrightarrow n=-1
    Les solutions possibles pour nn sont alors : {4;3;2;1}\left\{-4;-3;-2;-1\right\}
    Il faut ensuite vérifier que pour ces valeurs de nn on a : 2n+52n+5 divise 3n+63n+6
    Si n=4n=-4 , cela donne 3-3 divise 6-6 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=3n=-3 , cela donne 1-1 divise 3-3 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=2n=-2 , cela donne 11 divise 00 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Si n=1n=-1 , cela donne 33 divise 33 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Finalement, les entiers relatifs nn tels que 2n+52n+5 divise 3n+63n+6 sont :
    {4;3;2;1}\left\{-4;-3;-2;-1\right\}

    Question 5

    Déterminer les entiers relatifs nn tels que 5n+85n+8 divise n+2n+2 .

    Correction
    Soient aa, bb et cc trois entiers relatifs.
    Si aa divise bb et cc alors aa divise toute combinaison linéaire de bb et de cc.
  • Autrement dit, si aa divise bb et cc alors aa divise βa+αb\blue{\beta} a+\purple{\alpha} bβ\beta et α\alpha sont deux entiers relatifs.
  • 5n+85n+8 divise n+2n+2 et 5n+85n+8 divise 5n+85n+8 alors 5n+85n+8 divise toute combinaison linéaire de n+2n+2 et 5n+85n+8.
    Par exemple :
    5n+85n+8 divise (5×(n+2)+(1)×(5n+8))\left(\blue{5}\times \left(n+2\right)+\purple{\left(-1\right)}\times\left(5n+8\right)\right) . Ici, nous avons construit une combinaison lineˊaire indeˊpendante de\red{\text{combinaison linéaire indépendante de}} n\red{n}
    5n+85n+8 divise (5n+105n8)\left(5n+10-5n-8\right)
    5n+85n+8 divise 22
    Les diviseurs de 22 dans Z\mathbb{Z} sont : {2;1;1;2}\left\{-2; -1; 1; 2\right\} que l'on note également : D(2)={2;1;1;2}D\left(2\right)=\left\{-2; -1; 1; 2\right\}
    On a donc :
    5n+8=25n=10n=25n+8=-2\Leftrightarrow 5n=-10\Leftrightarrow n=-2 ou\pink{\text{ou}} 5n+8=15n=9n=955n+8=-1\Leftrightarrow 5n=-9\Leftrightarrow n=-\frac{9}{5} ou\pink{\text{ou}} 5n+8=15n=7n=755n+8=1\Leftrightarrow 5n=-7\Leftrightarrow n=-\frac{7}{5} ou\pink{\text{ou}} 5n+8=25n=6n=655n+8=2\Leftrightarrow 5n=-6\Leftrightarrow n=-\frac{6}{5}
    N'oublions pas que nn est un entier relatif donc la solution possible pour nn est alors : {2}\left\{-2\right\}
    Il faut ensuite vérifier que pour cette valeur de nn on a : 5n+85n+8 divise n+2n+2
    Si n=2n=-2 , cela donne 2-2 divise 00 ce qui est vrai \green{\text{ce qui est vrai }}.
    Finalement, l'entier relatif nn tel que 5n+85n+8 divise n+2n+2 est :
    n=2n=-2