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Mathématiques · Écoles d'ingénieurs — FST — MIP / MIPC / BCG

Arithmétique dans Z

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  1. Division euclidienne : Pour tout $a \in \mathbb{Z}$ et $b \in \mathbb{N}^*$, il existe un unique couple $(q, r) \in \mathbb{Z} \times {0, \dots, b-1}$ tel que $a = bq + r$.
  2. Congruences : $a \equiv b \pmod{n} \iff n \mid (a-b)$. Propriétés : compatibilité avec l'addition, la multiplication et la puissance.
  3. PGCD et PPCM : $d = a \wedge b$. Si $d=1$, $a$ et $b$ sont premiers entre eux. $a \times b = (a \wedge b) \times (a \vee b)$.
  4. Théorème de Bézout : $a \wedge b = d \iff \exists (u, v) \in \mathbb{Z}^2, au + bv = d$.
  5. Théorème de Gauss : Si $a \mid bc$ et $a \wedge b = 1$, alors $a \mid c$.

Méthodes à maîtriser

  • Calcul du PGCD : Utiliser l'algorithme d'Euclide (succession de divisions euclidiennes).
  • Résolution de $ax + by = c$ : Vérifier d'abord si $d \mid c$ (où $d=a \wedge b$). Trouver une solution particulière avec Bézout, puis généraliser.
  • Calcul de puissances modulo $n$ : Utiliser les propriétés des congruences ou le petit théorème de Fermat si $n$ est premier.

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Trouver $PGCD(126, 45)$. $126 = 2 \times 45 + 36$ $45 = 1 \times 36 + 9$ $36 = 4 \times 9 + 0$. Donc $PGCD(126, 45) = 9$.
  • Exemple 2 : Résoudre $3x \equiv 1 \pmod{7}$. On cherche $x$ tel que $3x = 7k + 1$. Pour $k=1$, $3x=8$ (non). Pour $k=2$, $3x=15 \implies x=5$. Donc $x \equiv 5 \pmod{7}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que le reste $r$ doit être positif : $0 \le r < |b|$.
  • Appliquer Gauss sans vérifier que $a$ et $b$ sont premiers entre eux.
  • Confondre $a \wedge b$ (PGCD) et $a \vee b$ (PPCM).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Arithmétique dans Z

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Quel est le reste de la division euclidienne de 2025 par 7 ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que le PGCD peut être négatif ?

Non, par définition dans le programme, le PGCD est le plus grand élément de l'ensemble des diviseurs communs, et par convention, il est toujours positif.

💡 À retenir : $a \wedge b = |d|$ où $d$ est le plus grand diviseur commun.

Kifach n7seb PGCD dyal 3 a3dad a, b, c ?
  1. Tu calcules d'abord $d_1 = PGCD(a, b)$.
  2. Ensuite, tu calcules $d = PGCD(d_1, c)$.

💡 À retenir : $PGCD(a, b, c) = PGCD(PGCD(a, b), c)$.

Chno hiya l'utilité dyal "Petit théorème de Fermat" f l'examen ?

Il sert à calculer rapidement des restes de grandes puissances modulo un nombre premier $p$. Si $a$ n'est pas multiple de $p$, alors $a^{p-1} \equiv 1 \pmod{p}$.

💡 À retenir : Très utile pour réduire $a^n \pmod{p}$ quand $n$ est très grand.

Est-ce que si a equiv b pmod{n} et c equiv d pmod{n}, alors a^c equiv b^d pmod{n} ?

Non, cette règle est fausse. La congruence est compatible avec la multiplication, mais pas directement avec l'exposant.

💡 À retenir : On peut dire $a^c \equiv b^c \pmod{n}$, mais pas $a^c \equiv b^d \pmod{n}$.

Kifach n3ref wach 3adad awali (premier) wla la ?

Tu testes la divisibilité par tous les nombres premiers $p$ tels que $p^2 \le n$. Si aucun ne divise $n$, alors $n$ est premier.

💡 À retenir : Inutile de tester tous les nombres, juste ceux dont le carré est inférieur à $n$.

Est-ce que a mid b implique a le b ?

Seulement si $a$ et $b$ sont des entiers naturels. Si $a$ est négatif, $a \mid b$ n'implique pas $a \le b$.

💡 À retenir : La divisibilité concerne les entiers relatifs, mais l'ordre est défini sur $\mathbb{N}$.

Comment résoudre ax equiv b pmod{n} si a et n ne sont pas premiers entre eux ?

Il faut que $PGCD(a, n)$ divise $b$. Si c'est le cas, on simplifie toute l'équation par $d = PGCD(a, n)$ pour obtenir une équation équivalente où le nouveau coefficient de $x$ est premier avec le nouveau modulo.

💡 À retenir : Si $d$ ne divise pas $b$, il n'y a aucune solution.

Est-ce que l'algorithme d'Euclide marche avec les nombres négatifs ?

Oui, mais on travaille avec les valeurs absolues $|a|$ et $|b|$ pour trouver le PGCD, car le PGCD est toujours positif.

💡 À retenir : $PGCD(a, b) = PGCD(|a|, |b|)$.

Chno lfar9 bin "a divise b" o "a est divisible par b" ?

C'est la même chose : $a \mid b$ signifie qu'il existe $k$ tel que $b = ak$.

💡 À retenir : $a \mid b$ se lit "a divise b" ou "b est divisible par a".

Est-ce que le PPCM est toujours égal à (a times b) / PGCD(a, b) ?

Oui, cette formule est toujours vraie pour $a, b \in \mathbb{N}^*$.

💡 À retenir : $PPCM(a, b) = \frac{|a \times b|}{PGCD(a, b)}$.

Si a^2 equiv 1 pmod{n}, est-ce que a equiv 1 ou a equiv -1 ?

Pas forcément. Par exemple, modulo 8, $3^2 = 9 \equiv 1$, mais $3 \not\equiv 1$ et $3 \not\equiv -1$.

💡 À retenir : Cela n'est vrai que si $n$ est premier.

Est-ce que je peux utiliser la calculatrice pour trouver le PGCD ?

À l'examen, tu dois montrer les étapes de l'algorithme d'Euclide. La calculatrice sert uniquement à vérifier ton résultat.

💡 À retenir : La rédaction des divisions successives est obligatoire pour obtenir tous les points.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Résoudre dans $\mathbb{Z}$ l'équation $x^2 \equiv 1 \pmod{8}$.

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Exercice 2

Soit $n \in \mathbb{N}$. On pose $A = n^3 - n$. Montrer que $6$ divise $A$ pour tout $n \in \mathbb{N}$.

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Exercice 3

Déterminer l'ensemble des couples $(x, y) \in \mathbb{Z}^2$ tels que $7x - 5y = 3$.

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