PGCD, théorèmes de Bezout et Gauss

Savoir résoudre une équation diophantienne - Exercice 2

10 min
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Question 1
Soit l'équation (E)\left(E\right) : 7x3y=17x-3y=1

Vérifier que le couple (1;2)\left(1 ; 2\right) est une solution de l’équation (E)\left(E\right) .

Correction
Cette question est juste une formalité, il nous faut remplacer xx par 11 et yy par 22 et vérifier que l'on obtient bien 11.
Ainsi :
7×13×2=76=17\times1-3\times2=7-6=\red{1}
Il en résulte que le couple (1;2)\left(1 ; 2\right) est bien une solution de l’équation 7x3y=17x-3y=1
Question 2

Déterminer toutes les solutions de l'équation (E)\left(E\right) .

Correction
D’une part :\text{\blue{D'une part :}} nous savons que 7x3y=1\red{7x-3y=1}
D’autre part :\text{\blue{D'autre part :}} nous avons démontré à la question 11 que : 7×13×2=1\purple{7\times1-3\times2=1}
Nous allons maintenant soustraire ces deux égalités, cela nous donne :
7x3y(7×13×2)=11\red{7x-3y}-\left(\purple{7\times1-3\times2}\right)=\red{1}-\purple{1}
7x3y7×1+3×2=07x-3y-7\times 1+3\times 2=0
7x7×1=3y3×27x-7\times 1=3y-3\times 2
7(x1)=3(y2)\pink{7\left(x-1\right)=3\left(y-2\right)}
    Théorème de Gauss
Soient a\red{a}, b\purple{b} et c\blue{c} trois entiers relatifs non nuls. Si a\red{a} divise le produit b×c\purple{b}\times\blue{c} et si a\red{a} et b\purple{b} sont premiers entre eux alors a\red{a} divise c\blue{c}.
Donc 77 divise 3(y2)3\left(y-2\right). Or on sait que 77 et 33 sont premiers entre eux donc, d’après le théorème de Gauss, 77 divise y2y−2. On peut donc dire que y2=7ky−2=7kkZk \in \mathbb{Z} et donc que y=2+7k\green{y =2+7k}
En remplaçant l'expression y=2+7k\green{y =2+7k} dans l'équation 7(x1)=3(y2)\pink{7\left(x-1\right)=3\left(y-2\right)} , il vient :
7(x1)=3(2+7k2)7\left(x-1\right)=3\left(\green{2+7k}-2\right)
7(x1)=3×7k7\left(x-1\right)=3\times 7k . On simplifier par 77, ce qui nous donne :
x1=3kx-1= 3k
Ainsi : x=3k+1\orange{x=3k+1}
Nous venons de trouver le couple (x;y)=(3k+1;2+7k)\left(x;y\right)=\left(\orange{3k+1};\green{2+7k}\right) et il faut vérifier si ce couple vérifie l'équation (E)\left(E\right) .
Ainsi :
7x3y=7(3k+1)3(2+7k)7x-3y=7\left(\orange{3k+1}\right)-3\left(\green{2+7k}\right)
7x3y=7×3k+7×13×23×7k7x-3y=7\times 3k+7\times 1-3\times 2-3\times 7k
7x3y=7×13×27x-3y=7\times 1-3\times 2
7x3y=767x-3y=7-6
7x3y=17x-3y=1
On peut donc conclure que toutes les solutions de l'équation (E)\left(E\right) sont : S={(3k+1;2+7k)}S=\left\{\left(3k+1;2+7k\right)\right\}kZk \in \mathbb{Z}