Mathématiques : 2Bac SMA-SMB

Séance 9-2-1 : Arithmétique dans ℤ - Partie 2 (Cours)

 

 

Professeur : Mr CHEDDADI Haitam

 

Sommaire

 

IV- L'ensemble ℤ/nℤ

4-1/ Classes d'équivalence

4-2/ Opérations dans l'ensemble ℤ/nℤ

V- Systèmes de numération

5-1/ Représentation d'un entier naturel dans un système de numération

5-2- Comparaison de deux nombres présentés dans le même système de numération

5-3/ Addition et multiplication de deux nombres présentés dans le même système de numération

5-4/ Critères de divisibilité sur les nombres 3;4;5;9;11;25 dans le système décimal

 


IV- L'ensemble ℤ/nℤ

 

4-1/ Classes d'équivalence

Définition 7

Soit n un élément de ℕ*.

L’ensemble des entiers relatifs qui ont le même reste r de la division euclidienne par n est appelé la classe d'équivalence de r, et on la note r¯.

C’est la classe d’équivalence de r modulo n dans ℤ.

Généralisation : Soit a∈ℤ et n∈ℕ*.

La classe d’équivalence de a modulo n est l’ensemble défini par :

a¯=x∈ℤ/x≡a n=a+kn/k∈ℤ

 

 

Applications

Déterminer la classe d'équivalence modulo 12 de chacun des nombres :

116 ; 1979 ; 2018

 

Proposition 8

Soit n un élément de ℕ*.

Pour tout x∈ℤ, on désigne par x¯ la classe d'équivalence de x modulo n. Alors:

1) ∀a∈ℤ∃!r∈0;1;...;n-1 a¯=r¯

2) Si 0≤r<n et 0≤r'<n alors : r¯=r'¯⇔r=r' et r≠r'⇔r¯∩r'¯=∅

3) ∀x∈ℤ∃!r∈0;1;...;n-1 x∈r¯ (r étant le reste de la division euclidienne de x par n)

4) ℤ=0¯∪1¯∪2¯∪...∪n-1¯

5) ℤ/nℤ=0¯;1¯;2¯;...;n-1¯

 

 

4-2/ Opérations dans l'ensemble ℤ/nℤ

Définition 8

Soit n un élément de ℕ*.

On définit l’addition dans ℤ/nℤ comme suit : Pour tous x¯ et y¯ de ℤ/nℤ, x¯+y¯=x+y¯

On définit la multiplication dans ℤ/nℤ comme suit : Pour tous x¯ et y¯ de ℤ/nℤ, x¯×y¯=x×y¯

 

Applications

Résoudre dans ℤ/6ℤ les équations suivantes :

1 4¯x=2¯2 3¯x2+x+1¯=0¯

 

 

Théorème 17

Soit p un nombre premier positif. Alors :

1) ∀x¯∈ℤ/pℤ-0¯∃y¯∈ℤ/pℤ-0¯x¯×y¯=1¯

2) ∀x¯;y¯∈ℤ/pℤ2 x¯×y¯=0¯⇔x¯=0¯ ou y¯=0¯

 

V- Systèmes de numération

 

5-1/ Représentation d'un entier naturel dans un système de numération

Définition 9

La base b d'un système de numération représente le nombre d’unités d'un certain rang, nécessaire pour former une unité de rang immédiatement supérieur.

L’ensemble Bb=0;1;...;b-1, soit b caractères (chiffres en base 10) quantifie le nombre d’unités d’un rang quelconque.

 

 

Théorème 18

Soit b un entier supérieur ou égal à 2.

Tout entier naturel non nul n peut s'écrire de manière unique sous la forme :

n=ambm+am-1bm-1+...+a2b2+a1b+a0

où a0,a1,...,am sont des entiers tels que am≠0 et 0≤ai≤b-1 pour tout i∈0;1;2;...;m

On écrit : n=amam-1....a1a0¯b, et on dit qu'on a représenté le nombre n dans le système de numération de base b.

 

 

Applications
  1. Convertir en binaire les nombres suivants :

97 ; 397 ; 133

  1. Convertir en numération décimale les nombres dont l'écriture en binaire est :

101¯2 ; 1101110¯2 

 

5-2- Comparaison de deux nombres présentés dans le même système de numération

Théorème 19

Soit x et y deux entiers naturels représentés dans le même système de numération par :

x=anan-1....a1a0¯b et y=cmcm-1....c1c0¯b

1) Si m>n alors y>x

2) Si m=n et cn=an et cn-1=an-1 et ... et ci+1=ai+1 et ci≠ai, alors, l’ordre de x et y est celui de ci et ai. En particulier, si ci>ai alors y>x

 

 

5-3/ Addition et multiplication de deux nombres présentés dans le même système de numération

1) On considère les deux nombres suivants : x=5312¯6 et x=214¯6

On veut représenter le nombre x+y en base 6.

On a : x=5× 63+3× 62+6+2 et y=2×62+6+4

Par conséquent:  x+y=5× 63+5× 62+3×6+2=5530¯6

On peut représenter le nombre  x+y directement en base 6 en utilisant la méthode vue au primaire « l’addition par retenue » comme suit :

 

 

2) On considère les deux nombres suivants : a=432¯5 et b=134¯5

On veut représenter le nombre a×b en base 5.

On a : a=4×52+3×5+2 et b=52+3×5+4

Par conséquent :

a×b=4×52+3×5+252+3×5+4a×b=55+3×54+53+4×5+3a×b=131043¯5

Tout comme l’addition, on peut représenter le nombre a×b directement dans en base 5 en utilisant la méthode de « la multiplication par retenue » comme suit :

 

 

5-4/ Critères de divisibilité sur les nombres 3;4;5;9;11;25 dans le système décimal

Proposition 9

Soit x∈ℕ tel que x=anan-1....a1a0¯10=an×10n+an-1×10n-1+...+a1.10+a0 avec : an≠0 et 0≤ai≤10 pour tout i∈0;1;2;...;n.

On a alors les équivalences suivantes :

1 x≡0 5⇔a0=0 ou a0=52 x≡0 25⇔a1a0¯10≡0 253 x≡0 4⇔a1a0¯10≡0 44 x≡0 3⇔∑i=0nai≡0 35 x≡0 9⇔∑i=0nai≡0 96 x≡0 11⇔∑i=0n-1iai≡0 11