Base de Numération

L'écriture d'un nombre entier en utlisant les chiffres 0 , 1 , 2 , ... 8 ,  9 , n'a pas été de temps ni en tout lieu un usage commun.
Un des tous premiers systèmes d'écriture est né en Mésopotamie vers 2000 avant J-C et utilisait la base 60.
Il nous en est resté le système horaire (1 heure = 60 minutes , 1 minute = 60 secondes).
On verra par la suite en quoi ce système en
base 60 est loin d'être ignorant des règles d'arithmétique.
Notre système est en base 10, c'est à dire que si on écrit un nombre comme 256, on exprime que 256 se compose de 2 centaines, 5 dizaines et 6 unités, ou encore que 256 = 2*100 + 5*10 + 6

Un système de numération repose sur le principe de la division Euclidienne:
     
"Pour tout A et tout B entiers > 0 , il existe R et Q entiers uniques tels que
       B = Q.A + R avec 0
< R < A.  Q est le quotient et R le reste "
Prenons un exemple: B = 115 et  A = 7, ces nombres étant pris dans leur écriture "classique" de numération en base 10.
On a alors 115 = 16*7 + 3.   Le quotient est Q=16 et le reste est R = 3.
Effectuons alors la division euclidienne du quotient 16 par 7.
16 = 2*7 +2 .  Le reste est R = 2 et le quotient est Q = 2.
On peut alors écrire que 115 = 16*7 + 3 = (2*7 + 2)*7 + 2 = 2*7² + 2*7 + 2.


D'une façon plus générale:
Si b et a  sont des entiers tels que b soit > 1 et a > 0, la division euclidienne de a par b s'écrit:
a = Q0b + R0  où 0 < R0 < b.
Effectuons alors la division euclidienne de Q0  par b.
Q0  = Q1b + R1.   avec 0 < R1 < b.
On peut alors continuer ce principe de division tant que le reste obtenu n'est pas nul.
O
n construit ainsi deux suites (Qn) et (Rn) où (Qn) décroit . Comme c'est une suite d'entiers, il y a un terme Qn  qui est inférieur à b en valeur absolue, donc égal à son reste Rn dans la division euclidienne par b
En reportant les calculs effectués, on constate alors que :
 

Ceci conduit alors à:

Propriété et Défintion

Si b est un entier > 0 , pour tout a entier > 0 , il  existe une suite unique d'entiers  a0 , a1 , a2, ... an tels que:
a = a0 + a1b + a2b2 + .... + anbn

tels que pour tout k < n , 0 < ak < b  ,  an 0  

La suite a0 , a1 , a2, ... an est la suite des chiffres de a dans la base b.

Faisons alors une petite remarque!
On peut aussi écrire un entier négatif en base b. Mais il faut poser une condition! On arrête le principe de la division euclidienne dès qu'un quotient Qn est égal à -1.
Par exemple: pour a = -115 , on écriture en base 10 n'est pas "-115". Faisons les calculs!
-115 = -12*10 + 5     ,    puis   -12 = -2*10 + 8    et enfin   -2 = -1*10 + 8.
On obtient alors:
-115 = -12*10 + 5
        = (-2*10 +8)*10 + 5 = -2*10² + 8*10 + 5
        = (-1*10 + 8)*10² + 8*10 + 5 = -1*103 + 8*10² + 8*10 + 5
 
On a simplement écrit que -115 = -103 + 885

Deuxième remarque:
Comme le premier chiffre
a0 obtenu dans l'écriture de a dans la base b est le reste de la division euclidienne de a par b, on peut dire que a est divisible par b si et seulement si a0 = 0. 
D'une façon plus générale, a est divisible par bk si et seulement si a0 = a1 = ... = ak - 1.

Exemples d'écriture en base b:
Les nombres seront donnés en base 10

a:

L'écriture de 17 en base 2 est :
17 = 8*2 + 1   ,    8 = 4*2  ,   4 = 2*2   ,  2 = 1*2
Donc
17 = 8*2 + 1 = (4*2)*2 + 1 = 4*2² + 1 = (2*2)*2² + 1 = 2*2
3 + 1 = 24 + 1
 

b:

L'écriture de 65 en base 6 est :
65 = 10*6 + 5   ,   10 = 1*6 + 4
Donc
65 = 10*6 + 5  = (1*6 + 4)*6 + 5 = 6² + 4*6 + 5

 

c:

Si on veut écrire un nombre en base 12, on est obligé d'introduire d'autres symboles d'écritures en plus des chiffres usuelles 0 , 1 , 2 , ... , 9.
Posons alors A=10 et B = 11.
Les chiffres disponibles sont alors 0 , 1 , 2 , ... , 9 , A , B.

L'écriture de 1690 en base 12 d'obtient alors en affectuant les calculs suivants:
1690 = 140*12 + 10 = 140*12 + A.
  140 = 11*12 + 8     = B*12 + 8.
D'où
1690 = 140*12 + A = (B*12 + 8)*12 + A = B*12² + 8*12 + A.

 

Exemples simple d'utilisation:

a:

Une question classique (traité d'ailleurs en exercice (voir exercice 11) dans sa généralité) est de savoir quel est le nombre de 0 finissant l'écriture de 100! est base 10.
Il s'agit donc de trouver le plus grand exposant
K tel que 100! soit divisible par 10K, et un raisonnement basé sur la décomposition en facteurs premiers montre alors que la valeur de K est 24.

b:

On sait que a et b sont deux entiers qui s'écrivent respectivement 1234 et 2567 en base 9. On veut calculer leur somme.
Le principe de calcul est alors, en utisant les congruences modulo 9.

Retenue

0

1

1

 

 

1

2

3

4

+

2

5

6

7

=

3

8

1

2

La somme a + b s'écrit donc 3812 en base 9. On a donc:
a + b = 3*93 + 8*92 + 1*9 + 2 = 2846, écriture en base 10.
 

 c:

Critère de divisibilité par 11. (Classique)
Un entier a > 0 s'écrit anan-1....a2a1a0 en base 10  ou encore :
.
Dire que
a est divisible par 11 signifie que a = 0 [11].
Or 10
= -1 [11] . On a donc :

Dans le cas de 90970, on a (9 + 9 + 0 ) -( 0 + 7) = 11. Divisible par 11.
Donc 90970 est divisible par 11.  On a bien 90970 = 8270*11

 Nombre de chiffres de a en base b:
 Dire que a0 , a1 , a2, ... an sont les chiffres de a en base b, revient à dire que
- an est non nul
- que pour tout k appartenant à {0 ; 1 ; ... ; n} , 0 < ak < b
-
et
a = a0 + a1b + a2b2 + .... + anbn.
a s'écrit donc avec n+1 chiffres en base b.
Ceci conduit alors à l'encadrement de a :      bn < a < bn+1 .
En utilisant une fonction logarithme, par exemple le logarithme népérien, on obtient alors:
                                    nln(b) < ln(a) < (n+1)ln(b).

Si on choisit le logarithme de base b, Logb,  alors le nombre de chiffres de a en base b est donnée directement par :      ent(Logb(a)) + 1.

Prenons deux exemples:

Une application simple de ce principe est de déterminer le nombre de chiffres en base 10 de n!,
n! = 1*2*3*...*(n-1)*n.
On remarque que ln(
n!) = ln(1) + ln(2) + ln(3) + ... +ln(n).
Le calcul "machine" de ln(
n!) se fait en programmant le calcul de la suite: (Sk ) définie par:
                                S
0 = 0       et  pour k > 0 ,  Sk+1 = Sk + ln(k+1).

Algorithme du calcul de Sn

1: Donner n:

2: Poser S = 0 et k = 1

3: S = S + ln(k).

4: k + 1   k

5: Si k < alors aller en 3.

6: Afficher S

Pour 100!, on obtient alors: ln(100!)=363,7393..,
et le nombre de chifrres de 100! en base 10 est alors 158.