← Olympiades 2011 — Dijon

Exercice 1 — Les nombres complices

Olympiades · Académie Dijon · 2011 · Toutes séries

Arithmétique

Sujet

On dit que deux entiers naturels \(a\) et \(b\) sont complices s'il existe un entier naturel \(n\) tel que \(a b+1=n^{2}\). Dans ce cas, on dit que \(n\) est associé au couple de complices ( \(a, b\) ).

1. Complices d'un entier

a. Déterminer tous les couples d'entiers complices compris, au sens large, entre 0 et 10 .
b. L'entier 2011 admet 2009 comme complice. Citer deux autres complices de 2011.
c. Démontrer que tout entier naturel supérieur ou égal à 3 admet au moins trois complices.

2. Couples de complices associés à un entier donné.

L'entier 100 adment plusieurs couples d'entiers complices qui lui sont associés.
Ainsi les couples \((9,111)\) et \((11,909)\) sont des couples d'entiers complices associés au nombre 100.
a. Démontrer que tout entier naturel \(n\) non nul admet au moins un couple de complices ( \(a, b\) ) associés, c'est-à-dire que \(a b+1=n^{2}\).
b. Déterminer tous les couples d'entiers complices associés au nombre 2011.
  1. a.
012345678910
0ouiouiouiouiouiouiouiouiouiouioui
1ouiouioui
2ouioui
3ouiouiouioui
4ouiouioui
5ouiouioui
6ouiouioui
7ouiouioui
8ouiouiouiouioui
9ouioui
10ouioui

Ce tableau permet de conjecturer que 0 est complice de tout entier et que tout entier \(a\) admet \(a+2\) et \(a-2\) comme complices.
b. 0 est complice de 2011 et plus généralement de tout entier \(a\) car \(0 \times a+1=1^{2}\). . L'entier 2013 est complice de 2011 car \(2013 \times 2011+1=4048144=2012^{2}\).
c. Soit \(a\) un entier supérieur ou égal à 3 .

Outre 0 , les nombres \(a-2\) et \(a+2\) sont complices de \(a\) car \(a(a-2)+1=(a-1)^{2}\) et \(a(a+2)+1=(a+1)^{2}\).
2. a. Soit \(n\) un entier non nul donné. Alors \((n-1)(n+1)+1=n^{2}\). Cela montre que \(n\) est associé au couple de complices \((n-1, n+1)\). Ce couple n'est pas unique, tout couple de diviseurs de \(n^{2}-1\) convient, comme par exemple \(\left(1, n^{2}-1\right)\).