PGCD, théorèmes de Bezout et Gauss

Savoir résoudre une équation diophantienne - Exercice 3

10 min
25
Question 1
Soit l'équation (E)\left(E\right) : 12x+7y=512x+7y=5

Vérifier que le couple (1;1)\left(1 ; -1\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 :
12×1+7×(1)=127=512\times1+7\times\left(-1\right)=12-7=\red{5}
Il en résulte que le couple (1;1)\left(1 ; -1\right) est bien une solution de l’équation 12x+7y=512x+7y=5
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 12x+7y=5\red{12x+7y=5}
D’autre part :\text{\blue{D'autre part :}} nous avons démontré à la question 11 que : 12×1+7×(1)=5\purple{12\times1+7\times\left(-1\right)=5}
Nous allons maintenant soustraire ces deux égalités, cela nous donne :
12x+7y(12×1+7×(1))=55\red{12x+7y}-\left(\purple{12\times1+7\times\left(-1\right)}\right)=\red{5}-\purple{5}
12x+7y12×17×(1)=012x+7y-12\times 1-7\times\left(-1\right)=0
12x+7y12×1+7×1=012x+7y-12\times 1+7\times1=0
12x12×1=7×17y12x-12\times 1=-7\times 1-7y
12(x1)=7(1y)\pink{12\left(x-1\right)=7\left(-1-y\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 1212 divise 7(1y)7\left(-1-y\right). Or on sait que 1212 et 77 sont premiers entre eux donc, d’après le théorème de Gauss, 1212 divise (1y)\left(-1-y\right). On peut donc dire que 1y=12k-1-y=12kkZk \in \mathbb{Z} et donc que y=112k\green{y =-1-12k}
En remplaçant l'expression y=112k\green{y =-1-12k} dans l'équation 12(x1)=7(1y)\pink{12\left(x-1\right)=7\left(-1-y\right)} , il vient :
12(x1)=7(1(112k))12\left(x-1\right)=7\left(-1-\left(\green{-1-12k}\right)\right)
12(x1)=7(1+1+12k)12\left(x-1\right)=7\left(-1+1+12k\right)
12(x1)=7×12k12\left(x-1\right)=7\times 12k . On simplifier par 1212, ce qui nous donne :
x1=7kx-1= 7k
Ainsi : x=7k+1\orange{x=7k+1}
Nous venons de trouver le couple (x;y)=(7k+1;112k)\left(x;y\right)=\left(\orange{7k+1};\green{-1-12k}\right) et il faut vérifier si ce couple vérifie l'équation (E)\left(E\right) .
Ainsi :
12x+7y=12(7k+1)+7(112k)12x+7y=12\left(\orange{7k+1}\right)+7\left(\green{-1-12k}\right)
12x+7y=12×7k+12×1+7×(1)+7×(12k)12x+7y=12\times 7k+12\times 1+7\times \left(-1\right)+7\times \left(-12k\right)
12x+7y=12×1+7×(1)12x+7y=12\times 1+7\times \left(-1\right)
12x+7y=12712x+7y=12-7
12x+7y=512x+7y=5
On peut donc conclure que toutes les solutions de l'équation (E)\left(E\right) sont : S={(7k+1;112k)}S=\left\{\left(7k+1;-1-12k\right)\right\}kZk \in \mathbb{Z}