PGCD, théorèmes de Bezout et Gauss

Déterminer une solution de l'équation au+bv=1au+bv=1 - Exercice 1

15 min
30
Question 1

Justifier, qu'il existe un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 15u26v=115u-26v=1 . Trouver un tel couple.

Correction
Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}
  • Deux entiers relatifs aa et bb sont premiers entre eux si et seulement si, il existe deux entiers relatifs uu et vv tels que : au+bv=1au+bv=1
  • Il faut commencer par démontrer que les entiers relatifs 2626 et 1515 sont premiers entre eux. Pour cela, il faut calculer le PGCD(26;15)\text{PGCD}\left(26;15\right).
    On vérifie facilement que PGCD(26;15)=1\text{PGCD}\left(26;15\right)=1
    Il en résulte donc que les entiers relatifs 2626 et 1515 sont premiers entre eux.
    D’après le Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}, on peut déduire qu’il existe un couple d’entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 15u26v=115u-26v=1.
    On cherche un tel couple en utilisant l’algorithme d’Euclide et on isole les restes non nuls obtenus. Il vient alors que :
    26=15×1+1126=15\times 1+\red{11} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 11=2615×1\red{11}=26-15\times1
    15=11×1+415=11\times 1+\purple{4} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 4=1511×1\purple{4}=15-11\times1
    11=4×2+311=4\times 2+\pink{3}     \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad \;\; 3=114×2\pink{3}=11-4\times2
    4=3×1+14=3\times 1+\blue{1} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 1=43×1\blue{1}=4-3\times1
    3=1×3+03=1\times 3+0
    Maintenant nous allons remonter l'algorithme d'Euclide en partant du dernier reste non nul :
    1=43×1\blue{1}=4-\pink{3}\times1
    1=4(114×2)×1\blue{1}=4-\pink{\left(11-4\times2\right)}\times1 ( on va à l'étape suivante en réduisant les expressions disposant de la valeur 44 ) .
    1=411×1+4×21=4-11\times1+4\times 2
    1=4×311×1\blue{1}=\purple{4}\times3-11\times1
    1=(1511×1)×311×1\blue{1}=\purple{\left(15-11\times1\right)}\times3-11\times1 ( on va à l'étape suivante en réduisant les expressions disposant de la valeur 1111 ) .
    1=15×311×311×11=15\times 3 -11\times3-11\times1
    1=11×(4)+15×3\blue{1}=\red{11}\times\left(-4\right)+15\times3
    1=(2615×1)×(4)+15×3\blue{1}=\red{\left(26-15\times1\right)}\times\left(-4\right)+15\times3
    On obtient alors :
    1=15×74×261=15\times 7-4\times26
    Il en résulte qu'un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 15u26v=115u-26v=1 est le couple (7;4)\left(7;4\right)
    Question 2

    Justifier, qu'il existe un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 221u331v=1221u-331v=1 . Trouver un tel couple.

    Correction
    Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}
  • Deux entiers relatifs aa et bb sont premiers entre eux si et seulement si, il existe deux entiers relatifs uu et vv tels que : au+bv=1au+bv=1
  • Il faut commencer par démontrer que les entiers relatifs 331331 et 221221 sont premiers entre eux. Pour cela, il faut calculer le PGCD(331;221)\text{PGCD}\left(331;221\right).
    On vérifie facilement que PGCD(331;221)=1\text{PGCD}\left(331;221\right)=1
    Il en résulte donc que les entiers relatifs 331331 et 221221 sont premiers entre eux.
    D’après le Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}, on peut déduire qu’il existe un couple d’entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 221u331v=1221u-331v=1.
    On cherche un tel couple en utilisant l’algorithme d’Euclide et on isole les restes non nuls obtenus. Il vient alors que :
    331=221×1+110331=221\times 1+\red{110} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 110=331221×1\red{110}=331-221\times1
    221=110×2+1221=110\times 2+\purple{1} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 1=221110×2\purple{1}=221-110\times2
    110=1×110+0110=1\times 110+0
    Maintenant nous allons remonter l'algorithme d'Euclide en partant du dernier reste non nul :
    1=221110×2\purple{1}=221-\red{110}\times2
    1=221(331221×1)×2\purple{1}=221-\red{\left(331-221\times1\right)}\times2
    On obtient alors :
    1=221×3331×21=221\times 3-331\times2
    Il en résulte qu'un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 221u331v=1221u-331v=1 est le couple (3;2)\left(3;2\right)
    Question 3

    Justifier, qu'il existe un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 87u+31v=187u+31v=1 . Trouver un tel couple.

    Correction
    Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}
  • Deux entiers relatifs aa et bb sont premiers entre eux si et seulement si, il existe deux entiers relatifs uu et vv tels que : au+bv=1au+bv=1
  • Il faut commencer par démontrer que les entiers relatifs 8787 et 3131 sont premiers entre eux. Pour cela, il faut calculer le PGCD(87;31)\text{PGCD}\left(87;31\right).
    On vérifie facilement que PGCD(87;31)=1\text{PGCD}\left(87;31\right)=1
    Il en résulte donc que les entiers relatifs 8787 et 3131 sont premiers entre eux.
    D’après le Theˊoreˋme de Beˊzout\red{\text{Théorème de Bézout}}, on peut déduire qu’il existe un couple d’entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 87u+31v=187u+31v=1.
    On cherche un tel couple en utilisant l’algorithme d’Euclide et on isole les restes non nuls obtenus. Il vient alors que :
    87=31×2+2587=31\times 2+\red{25} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 25=8731×2\red{25}=87-31\times2
    31=25×1+631=25\times 1+\pink{6}     \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad \;\; 6=3125×1\pink{6}=31-25\times1
    25=6×4+125=6\times 4+\blue{1} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 1=256×4\blue{1}=25-6\times4
    6=1×6+06=1\times 6+0
    Maintenant nous allons remonter l'algorithme d'Euclide en partant du dernier reste non nul :
    1=256×4\blue{1}=25-\pink{6}\times4
    1=25(3125×1)×4\blue{1}=25-\pink{\left(31-25\times1\right)}\times4 ( on va à l'étape suivante en réduisant les expressions disposant de la valeur 2525 ) .
    1=25×531×4\blue{1}=\red{25}\times5-31\times4
    1=(8731×2)×531×4\blue{1}=\red{\left(87-31\times2\right)}\times5-31\times4
    On obtient alors :
    1=5×8714×311=5\times 87 -14\times 31
    Il en résulte qu'un couple d'entiers relatifs (u;v)\left(u;v\right) tel que 87u+31v=187u+31v=1 est le couple (5;14)\left(5;-14\right)