Accueil

Les derniers exercices

Exercice

Anneau \(\mathbb{Z}\left[\sqrt 7\right]\)

18 novembre 2022 16:00 — Par
  • Emmanuel Vieillard-Baron
  • Alain Soyeur
  • François Capaces

  1. On rappelle (exercice
    [sous_groupe_de_R] p. [sous_groupe_de_R]) que tout sous-groupe de \(\left(\mathbb{R},+\right)\) non réduit à \(\left\{0\right\}\) est soit de la forme \(a\mathbb{Z}\)\(a\in\mathbb{R}_+^*\), soit dense dans \(\mathbb{R}\).

    Soit \(H\) un sous-groupe de \((\mathbb R^*, \times)\).
    Démontrer que

    • soit : \(\exists a\geqslant1:\, H = \left\lbrace a^n, n\in\mathbb Z\right\rbrace\),

    • soit : \(\forall (\alpha,\beta)\in\mathbb R_+^2\), \((\alpha<\beta) \Longrightarrow (]\alpha,\beta[\cap H \neq \varnothing)\).

    (On pourra utiliser le logarithme.)

  2. Dans toute cette partie, \(\mathcal A=\left\{ a+b\sqrt 7~|~ (a,b)\in \mathbb{Z}^2\right\}\). On admet que \(\sqrt7\notin\mathbb Q\). (voir l’exercice [racine7_irrationnel] p. [racine7_irrationnel].)

    1. Démontrer que pour tout \(x\in\mathcal A\), il existe un unique couple \((a,b)\in \mathbb Z^2\) tel que \(x = a+b\sqrt7\).

    2. Démontrer que \(\mathcal A\) est un sous-anneau de \((\mathbb R, +,\times)\).

    3. Démontrer que l’ensemble \(U(\mathcal A)\) des éléments inversibles de \(\mathcal A\) est un sous-groupe de \((\mathbb R^*, \times)\).

  3. Pour \(x = a+b\sqrt7\in \mathcal A\), on note \(\overline x\) le réel \(a-b\sqrt7\) et on note \(N(x) = x\overline x = a^2 - 7b^2\).

    1. Expliquer rapidement pourquoi \(\overline x\) et \(N(x)\) sont bien définis.

    2. Démontrer que \(\forall(x,y)\in\mathcal A^2\), \(N(xy) = N(x)N(y)\).
      On admet que l’équation \(N(x) = -1\) n’admet pas de solution dans \(\mathcal A\). Voir à ce sujet l’exercice [residu_quadratique] p. [residu_quadratique].

    3. Démontrer que \(\forall x\in\mathcal A\), \(\left(x\in U(\mathcal A) \Longleftrightarrow (N(x) = 1)\right)\). Le cas échéant, que vaut l’inverse de \(x\) ?

    1. Soit \(a+b\sqrt7\in U(\mathcal A)\). Démontrer que (\(a\geqslant 0\) et \(b\geqslant 0\))\(\Longleftrightarrow (a+b\sqrt7\geqslant1)\).

    2. Démontrer que \(U(\mathcal A)\) n’est pas réduit à \(\{-1,1\}\).

    3. Démontrer que l’intervalle \(\left] 1,3\sqrt7\right[\) ne contient pas d’éléments de \(U(\mathcal A)\).

    4. Démontrer qu’il existe un élément de \(u\) de \(U(\mathcal A)\cap]1,+\infty[\) tel que \[U(\mathcal A) = \left\lbrace \varepsilon u^n ; \varepsilon = \pm1 \textrm{ et } n\in\mathbb Z \right\rbrace .\] Le nombre \(u\) évidemment (?) unique est appelé unité principale de \(\mathcal A\).

  4. On pose pour tout \(n\in\mathbb N\), \(u^n = a_n + b_n\sqrt7\).

    1. Démontrer que les suites \((a_n)_{n\in\mathbb N}\) et \((b_n)_{n\in\mathbb N}\) sont positives et strictement croissantes.

    2. En déduire la valeur de \(u\).

    3. Donner dans l’ordre croissant des valeurs de \(x\), les quatre plus petites solutions dans \(\mathbb N^*\times\mathbb N^*\) de l’équation dite de Pell-Fermat : \[x^2 - 7y^2 = 1.\]

  5. On pose \(\alpha_n = a_{2^n}\) et \(\beta_n = b_{2^n}\).

    1. Établir des relations de récurrence entre les \(\alpha_{n+1}\) et \(\beta_{n+1}\) d’une part et les \(\alpha_{n}\) et \(\beta_{n}\) d’autre part.

    2. Démontrer que \(\dfrac{a_n}{b_n}\) converge vers une limite finie \(\lambda\) que l’on déterminera.

    3. Démontrer que \(\forall n\in\mathbb N\), \[\varepsilon_n = \left\vert \dfrac{\alpha_n}{\beta_n} - \lambda \right\vert \leqslant \dfrac{1}{2\sqrt7\,\beta_n^2}.\]

    4. Donner une majoration explicite de l’erreur \(\varepsilon_n\) en fonction de \(n\).
      (On pourra, faute de mieux, démontrer que \(\forall n\in\mathbb N^*\), \(\alpha_{n}\geqslant3^{2^n}\) et \(\beta_{n}\geqslant3^{2^n}\).)

    5. En déduire une approximation rationnelle de \(\sqrt7\) à \(10^{-20}\) près.

      Voir aussi exercice [Z_racine_deux] p. [Z_racine_deux].

Forum

Concours général de maths

26 janvier 2023 23:36 — Par felz

Bonjour
Comment pour un élève de terminale se préparer dans ces quelques mois qui restent au concours général des mathématiques ?
En plus, y a-t-il un élève qui me partage le même objectif ? 

Cycles

26 janvier 2023 23:04 — Par pappus

Bonjour à tous.
Que cache cette animation ?
Amicalement
pappus

Utiliser les multiplicateurs de Lagrange pour le Basis pursuit

26 janvier 2023 22:59 — Par Karl_Marx

Bonjour, 

un sujet qui m’intéresse beaucoup en ce moment est le “compressed sensing”. C’est un problème d’optimisation que ce base notamment sur solutionner le problème suivant nommé “basis pursuit” : $\min_{\alpha} \parallel \alpha\parallel s.t\ y=X\alpha$.

Plusieurs méthodes existent pour résoudre ce problème, mais je me suis demandé si il n’était pas possible de le résoudre en utilisant le multiplicateur de Lagrange? C’est un problème qui s’y porte bien. Pourtant, je ne trouve aucune documentation sur cette piste…

Quelqu’un aurait une idée ou une source à partager svp ? L’objectif serait d’obtenir une solution générique (dépendante de X et y) et …

Un ami en commun

26 janvier 2023 22:25 — Par oudich

Bonjour.
Mon message concerne l'exercice suivant.

On se donne deux entiers naturels $n$ et $m$ tels que : $n > m$.
On considère une assemblée de $n$ personnes dans laquelle chacun a exactement $m$ amis (au sein de cette assemblée).
On choisit deux personnes.
Quelle est la probabilité que ces deux personnes aient au moins un ami en commun ?

Mon idée a été celle-ci.
On assimile l'ensemble des $n$ personnes à $E= \llbracket 1 , n \rrbracket$.
À toute personne de l'assemblée, on associe une partie à exactement $m$ éléments de $E$.
Dénombrer les personnes n'ayant pas d'amis en …

Lexique

Formule de Taylor avec reste intégral

[Théorème] :
Cette fois-ci, \(f\) est supposée \(C^{n+1}\) sur \([a,b]\) et à valeurs dans un espace de Banach. Alors: \[f(b)=P_{f,a,n}(b)+\frac{1}{n!}\int_a^b (b-t)^n.f^{(n+1)}(t)dt\]

Guide pour les auteures et auteurs de
Les-Mathematiques.net

En savoir plus
;
Success message!