Propriété et Principe de la Division
Euclidienne dans Z.
Si A et B sont deux entiers relatifs, A étant
non nul, alors
il existe deux entiers R et Q uniques tels que:
- R appartient à {0 ; 1 ; 2 ;...;|A|-1 } et
- B = Q.A + R
R et Q sont appelés
respectivement le RESTE et le QUOTIENT
de la Division Euclidienne de B par A.
Par exemple,
- si B = -10 et A =
-3 , on a : 10 = 4*(-3) + 2. Donc , Q = 4 et R =
2.
- si B = -14 et A =
3 , on a : -14 = (-5)*3 + 1. Donc, Q = -5 et R =
1.
- si B = -72 et A =
-10, on a : 70 = (8)*(-10) + 8. Donc Q = 8 et R =
8.
En revanche, l'écriture
-10 = 3*(-3) - 1 n'est la division euclidienne de -10 par
-3,
le "reste" n'étant pas compris entre 0 et 2.
On peut alors remarquer que
- B est divisible par A si et
seulement si le reste de la division euclidienne
de B par A est nul.
- Q est le quotient de la division
euclidienne de B par A si et seulement si Q.A est
le plus grand multiple de A inférieur à B.
- Q est la partie entière de B / A.
Q = int(B / A). Par exemple, ent( 10 / -3) = - 4.
Pour déterminer alors simplement le
reste et le quotient dans la division euclidienne de B
par A à l'aide d'une machine programmable, pour des
entiers A et B ne dépassant les capacités de cette
machine, il suffit de calculer la partie entière Q de B
/ A , puis de calculer R = B - Q.A.
Par exemple, si on cherche la division
euclidienne de 123456 par 123, on peut remarquer que:
123456 / 123 = 1003,7073..... Donc Q = 1003. D'où R =
123456 - 1003*123 = 87.
La division euclidienne obtenue est alors : 123456 = 1003*123
+ 87.
Un exemple d'utilisation de la
division euclidienne:
Les FRACTIONS CONTINUES
L'exemple qui suit est un cas particulier
de l'écriture sous forme de fractions continues d'un
nombre réel x.
Le principe est le suivant:
Si x est un nombre réel non nul, en notant ent(x)
sa partie entière, on peut écrire alors que
x = ent(x) + a0 , où a0
est un réel appartenant à [0 ; 1[.
Si a0 est nul, alors x est
simplement un entier.
Sinon, posons . b0
est alors un réel > 1. Posons x1 =
ent(b0).
On peut alors écrire que b0 = x1
+ a1 où a1 est
appartient à [0;1[.
Si a1 est non nul, b1
n'est pas un entier et en posons: , on peut alors écrire
que

On construit donc une suite (xn)
,une suite (an) et une
suite (bn) définies par les
relations suivantes:
- x0 = ent(x)
, a0 = x - x0
,

- si an est
non nul , alors
xn+1
= ent(bn) ,
an
= xn+1 - bn
,

L'écriture de x ainsi obtenue
est alors:

C'est de ce que l'on appelle la décomposition
en Fractions Continues de x.
On démontre alors sans problème que
cette écriture peut se poursuivre ausi loin que l'on
veut si et seulement si x n'est pas un nombre
rationnel.
Si x est rationnel, cette écriture
s'arrête à partir d'une valeur de n. Par exemple,
pour

Comme 100 = 5*17 + 15, (division
euclidienne de 100 par 17), on a :

On a donc écrit ce nombre sous forme
de Fraction Continue.
On retrouvera l'utilisation de l'écriture
d'un nombre rationnel sous forme de Fractions Continues dans le cadre des équations de
Bezout: ax + by = c
Conséquences de la Division
Euclidienne
- b est un mulitple de a si et
seulement si le reste de la division euclidienne de b
par a est 0.
- b et b' ont même reste par
la division euclidienne par a si et seulement si (
b - b' ) est un multiple de a.
Pour
le voir, il suffit de poser r = reste de la division de b
par a et
r ' = reste de la division de b ' par
a. Il existe q et q' dans Z tels que
b = q.a + r et
b ' = q'.a + r'. Donc : (b
- b ' ) = (q - q').a + (r - r').
On conclut en utilisant 1.
- Principe de la Congruence
ou MODULO a.
Si le reste de la division euclidienne de b par a
est r , on écrit alors:

ou encore

Pour deux entiers relatifs b et b', ont écrit
b = b' modulo a
ou
si et seulement si b et b'
ont même reste par la division euclidienne par a.
Par exemple:
36 = 7.5 + 1 et 15 =
7.2 + 1 . Le reste de la division euclidienne
de 36 et de 15 par 7 est r = 1. On a donc : 36 =
15 [ 7] . 36 et 15 sont identiques
modulo 7.
Propriété de la Congruence:


La
congruence modulo a est donc une relation
compatible avec l'addition et la multiplication
sur Z. Par exemple:
11 = 4 [ 7 ]
et 23 = 2 [ 7 ] donc
11+ 23 = 34 = 6 [ 7 ] et 11.23 = 253 =
4.2 = 8 = 1 [ 7 ].
C'est cette
compatibilité permet de simplifier toutes une série de
question.
Voici un
premier exemple d'utilisation.
Un résultat connu des éléves
de primaire est:
UN NOMBRE
EST DIVISIBLE PAR 3 SI
LA SOMME DE SES
CHIFFRES EST ELLE-MEME DIVISIBLE PAR 3.
Par le vérifier,
remarquons qu'un nombre entier b , écrit en base 10, est
de la forme
b = ak
ak-1ak-2 ...a0 ce qui
permet d'écrire que
b = a0
+ 10.a1 + 102.a2 + ....
+ 10k.ak
où a0
, a1 , a2 , .... ,ak
sont des entiers appartenant à {0;1;2;...;9}.
Comme 10 = 1 [3],
on en déduit que, comme la congruence modulo 3 est
compatible
avec la
multiplication , que pour tout n entier > 0 , 10n
= 1 [3].
Donc pour tout
entier b, on a :
b = a0
+ a1 + .... + ak [3].
b est donc
divisible par 3 si et seulement si la somme de ses
chiffres
dans son écriture
en base 10 est divisible par 3.
Voici un
second exemple d'utilisation.
Quelle est le reste de la
division de 5100 par 7?
Pour répondre
à cette question, il suffit de faire "défiler"
les restes des puissances de 5
jusqu'à
ce que l'on tombe sur un reste égal à 1.
5 = 5 [ 7].
52 =
25 = 4 [ 7 ] 53
= 5.4 = 20 = 6 [7] 54
= 5.6 = 30 = 2 [ 7 ]
55
= 5.2 = 10 = 3 [ 7 ] 56
= 5.3 = 15 = 1 [ 7 ] 57
= 5.1 = 5 [7]
On en déduit
alors que pour tout entier naturel n,
56n+1
= 5 [7] , 56n+2 = 4 [7]
, 56n+3 = 6 [7] , 56n+4
= 2 [7]
56n+5
= 3 [7] , 56n = 1 [7].
Or 100 =
16.6 + 4 donc 5100 = 2 [7].
Le reste
de la division de 5100 par 7 est donc 2.
Troisième
exemple.
Montrez que
1007 -100 est divisible par 7.
C'est
une petite variante du Petit Théorème de Fermat
( à ne
pas confondre avec LE THEOREME DE FERMAT !!)
On
remarque que 100 = 2 [ 7 ].
Or , 22
= 4 [7] , 23 = 1 [7] , 24
= 2 [7] , 25 = 4 [7] ,
26 = 1 [7] et 27
= 2 [7].
Donc
1007 = 2 [7]
On en déduit
alors que 1007 - 100 = 2 - 2 = 0 [7].
1007
- 100 est bien divisible par 7.
Quatrième exemple.
Si n est un entier impair
somme de deux carrés ( n = a2 +
b2 avec a et b entiers)
Alors n
est congru à 1 modulo 4 ou encore n =
1 [4]
Ceci est un premier pas vers
un autre résultat plus général qui sera vu plus loin.
Si n = a2
+ b2 , alors n = a2 + b2
modulo 4.
Les carrés
possibles modulo 4 sont :
02
= 0 , 12 =
1 [4] , 22 = 4 =
0 [4] , 32 = 9 = 1 [4].
Comme n
est impair, il ne peut être égal qu'à 1 ou 3 modulo 4.
Donc, si
n est impair et somme de deux carrés, il ne peut être
égal, modulo 4,
qu'à 0²
+ 1² ou 0² + 3² ou
2² + 1² ou 2² + 3².
Dans tous
les cas, il est égal à 1 modulo 4.
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