Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

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bobody
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Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 24 Mar 2017, 19:40

Bonjour, je bloque sur un DM sur les équations de Pell-Fermat :
J'ai pour le moment montré qu'à partir d'une solution minimale de l'équation , on pouvait générer un infinité d'autres solutions avec la formule suivante : .
Mon problème est de montrer que l'ensemble des solutions de cette équation est généré par cette solution minimale, c'est à dire qu'on n'en "loupe pas" en utilisant la formule plus haut.
J'ai d'abord essayé de montrer par l'absurde qu'il existait une solution qui n'était pas générée par une puissance de la solution minimale, mais je n'ai pas réussi à obtenir de contradiction.

Merci d'avance pour votre aide.



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Ben314
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par Ben314 » 24 Mar 2017, 20:02

Salut,
Je vais regarder d'un peu plus prés, mais le premier truc qui vient à l'esprit pour démontrer ce type de résultat, c'est évidement une "descente infini" comme le disait Fermat, c'est à dire une espèce de récurrence à l'envers.

Je m'explique : si tu démontre que partant d'une solution à priori (presque) quelconque, il existe forcément une solution telle que alors, en réitérant le processus, tu va finir par tomber sur un truc "spécial" et en regardant dans ta preuve (de l'existence de et ) quelles sont les hypothèses dont tu as besoin (d'où le "presque" çi dessus), tu devrait en déduire que le seul cas où on ne peut pas "descendre plus bas", c'est et et ça termine ta preuve.

Au niveau de la façon dont on même les calculs, tout va dépendre de la façon dont tu as définit la notion de "solution minimale" i.e. minimale certes, mais minimale en terme de quoi ? (il n'y a pas de relation d'ordre canonique sur N²)
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 24 Mar 2017, 21:28

Je suis allé chercher sur internet cette méthode de descente infinie mais je ne l'ai pas bien comprise, pouvez vous réexpliquer ?
Quant à la solution minimale, j'utilise la relation d'ordre dans le corps des entiers quadratiques, qui est une sous partie de R (géométriquement, cela correspondrait aux points de les plus proches de l'origine)

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Ben314
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par Ben314 » 24 Mar 2017, 22:50

Houla..., je sais pas où tu est allé dénicher ta relation d'ordre, mais, déjà de prendre la relation d'ordre induite par celle de R ou de prendre celle correspondant aux points de N² les plus proche de l'origine, ben c'est pas franchement la même chose (du tout)
Ensuite, si tu prend la relation d'ordre sur R (et pas celle induite par la distance à l'origine sur N²), pour ce type de truc, c'est pas malin du tout vu que :
- Déjà, parmi les "entiers quadratiques", il y a non seulement des réels mais aussi des complexes (par exemple les entiers de Gauss) et il n'y a pas de relation d'ordre sur C.
- La relation d'ordre sur R, elle est pas totale, donc, à priori, tu as rien qui te garanti l'existence d'une solution minimale (pour cette relation d'ordre là) vu qu'il y des tas de parties de R qui possèdent pas de plus petit éléments (par exemple l'ensemble des 1/n avec n dans N).

Après, effectivement, pour ce cas particulier d'équation, c'est pas trop gênant vu la tête du bidule : x+y.sqrt(d) avec x,y dans N c'est bien des réels et on montre assez facilement que l'ensemble formé de ces nombre est discret, mais si tu prenait x,y dans Z, alors.... aie aie aie : ton ensemble devient dense dans R et la relation d'ordre induite par celle de R là dessus, je te dit pas le bordel...

Sinon, ben la méthode, je viens de te l'exposer dans le post. ci dessus et je vois pas bien ce que je pourrais rajouter :
Tu prend une soluce et, sauf exception, tu en fabrique une autre (plus petite) en partant de celle là et c'est obligé de s'arrêter.
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 25 Mar 2017, 11:41

Comme forme une hyperbole dans le plan, résoudre cette équation dans
revient à chercher les points à coordonnées entières de cette hyperbole non ? Plus on se rapproche du centre plus l'entier quadratique associé est petit (au sens de la relation d'ordre sur R). La solution minimale ce serait donc la solution aux coordonnées entière la plus proche de l'origine, qui n'est pas (1,0). Peut être que je mélange un peu tout désolé.
Pour la descente infinie, voilà ma piste :
On sait que l'on peut trouver une nouvelle solution en multipliant deux solutions. J'ai donc essayé de faire l'opération inverse en divisant deux solutions (j'avais déjà montré que était un corps, donc que le symétrique pour la multiplication existe).
Si et sont deux solutions, alors est aussi une solution. Le seul cas où on ne peut pas trouver une solution plus petite est le cas où x'=1 et y'=0. Est-ce que cela fait de (x,y) la solution minimale ?

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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par Ben314 » 25 Mar 2017, 13:10

- Ton , ça risque pas d'être un corps vu que déjà Z ça en est pas un : par exemple tu peut me dire qui c'est l'inverse de ?

- Ensuite, là où tu "mélange un peu tout", c'est que pour pouvoir démontrer que toute les solutions s'obtiennent à partir d'une "solution minimale", 'il faut bien évidement avoir une définition on ne peut plus propre de ce qu'on entend par minimale et que là, ça ne semble pas très clair dans ta tête :
Si on prend par exemple d=5 alors x=51841 ; y=-23184 est effectivement une solution dans Z² qui en terme de "distance du point (x,y) au point (0,0)" est effectivement "très très grande" alors qu'avec l'autre relation dot tu parlait consistant à regarder la valeur du nombre réel elle est très très petite : . Et c'est pour ça que je te disait que les deux notion de "petit" ne coïncidaient pas et que la deuxième vision (avec des réels) n'était pas la bonne.

Donc si on veut avoir des chance que ça fonctionne, parmi les différentes possibilités que tu as évoqué, un trux qui peut marche pour "comparer" des solutions, c'est effectivement de regarder la distance des points (x,y) et (x',y') à l'origine, c'est à dire de décréter que, par définition, on dira que la solution (x,y) est "plus petite" que la solution (x',y') lorsque c'est à dire .
Et c'est évidement infiniment plus malin du fait en particulier que, si x et y sont dans Z alors x²+y² est dans N et que toute partie non vide de N admet un plus petit élément donc pour montrer qu'il y a une "solution minimale" y'aura juste à montrer qu'il y a au moins une solution.
Par contre, il faut faire gaffe au fait que dans ce cas les "solutions minimales", c'est bien évidement ; donc ta soluce il faut bien sûr dire qu'elle est minimale parmi les solutions autres que .

Une fois que ça c'est bien clair, c'est à dire qu'on a bien dégagé ce que l'on entendait par "plus petite" et par "solution minimale", à ce moment là (et pas avant), on peut se lancer dans des calculs et ce qu'il faut faire, c'est montrer que, partant d'une solution (x,y) quelconque (ou presque...) on peut construire une solution (x',y') "plus petite", c'est à dire telle que x'²+y'²<x²+y².
Et effectivement, le (x',y') en question, on l'obtient par division en faisant (où est ta "solution minimale") mais surement pas en faisant comme tu le fait la division de n'importe quelle solution par n'importe quelle autre solution vu que :
- Je vois pas l'intérêt de piocher deux solutions quelconques vu la question posée : "toute solution (x,y) est de la forme ...."
- Je vois aucune raison particulière pour que la nouvelle solution obtenue soit "plus petite" que (x,y)
- Je vois pas comment tu fera ensuite le lien avec la question posée qui parle de "solution minimale" si dans ta preuve tu n'utilise pas aussi cette fameuse "solution minimale".

Bref, et en résumé, ce qu'il faut que tu montre, c'est que "presque tout le temps", si on prend une solution (x,y) puis alors on aura .
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 27 Mar 2017, 19:40

Je voulais dire :oops:
On a
Or, est positive (on avait décidé de ne chercher que les solutions entières positives, car les carrés "annulent" les signes), donc on a , mais c'est avec la relation d'ordre sur R...

(pardon pour la lenteur des réponses..)

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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par Ben314 » 28 Mar 2017, 10:03

Si tu travaille avec la relation d'ordre sur R, il faut ABSOLUMENT que tu te restreigne aux solutions avec x et y positifs : c.f. post çi dessus pour voir qu'en acceptant les y<0, il n'y a plus de "solution minimale" vu qu'on peut en trouver des réels (x,y entiers relatifs) aussi proche qu'on veut de 0.
Donc ça signifie les de départ sont positifs (ce qui est plutôt bien), mais surtout, ça signifie que le est le que tu va prendre comme "nouvelle solution", c'est et en valeur absolue et évidement, tout le problème va se ramener à démontrer que les trucs dans les valeurs absolues sont effectivement positifs, mais c'est pas du tout trivial (essaye pour voir).
A mon avis, si tu veut passer par là, le truc à montrer c'est que pour les solutions avec x>0 et y >0 les deux relations d'ordre coïncident et sont en fait toute les deux équivalentes à un truc encore plus simple...
Lequel ?
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 29 Mar 2017, 18:45

Je ne vois pas bien... :-/
Est ce que l'on cherche un autre relation d'ordre plus simple ?

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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par Ben314 » 29 Mar 2017, 19:19

Bon, j'en ait marre de tourner autours du pot (je pensait que tu finirais par trouver...)
Si on ne considère que des solutions (entières) de l'équation alors on a systématiquement donc plus |y| est petit, plus |x| est petit et ça fait que pour "comparer" une solution (x,y) avec une autre (x',y') on peut se contenter de comparer |x| et |x'| ou bien |y| et |y'| ou bien x²+y² et x'²+y'² ou bien et etc... de toute façon ça donne toujours le même résultat. (mais il ne faut pas prendre des trucs sans les valeurs absolues où alors ça oblige à systématiquement démontrer que les truc qu'on manipule sont positifs (*))
Donc face à ton (x',y') issu du (x,y) (et de la "solution minimale" (xo,yo)) tu as plein de façon de montrer que (x',y') est "plus petite" que (x,y). Par exemple, il suffit de montrer que |x'|<|x|. A toi de voir ce qui est le plus simple.

(*) As tu essayé de montrer que x' et/ou y' étaient positifs ?
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Re: Ensemble des solutions d'une équations de Pell-Fermat

par bobody » 03 Avr 2017, 17:07

Je crois avoir compris, merci.

 

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