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Marie-Françoise BOURDEAU Jeanne-Marie DUMAS
Autour des nombresAutour des nombres
en première L(option) en première L(option) et et
en terminale L (spécialité)en terminale L (spécialité)
Écritures des nombresÉcritures des nombres
ArithmétiqueArithmétique
DénombrementDénombrement
Écritures des nombresÉcritures des nombres
Écritures des entiers naturels
Écriture décimale des réels
Écritures des entiers naturelsÉcritures des entiers naturels( en 1ère L)( en 1ère L)
de 3000 à 2900 av. J-C.
Apparition de la numération hiéroglyphique en Egypte
1900 à 1600 av. J-C.
Premier système de numération de position chez les babyloniens (base 60 )
IIIe siècle av. J-C. Invention du zéro par les Babyloniens
IVe/Ve siècle. Numération de position à base dix et apparition du zéro en Inde
IXe siècle. Introduction du zéro en Espagne par les arabes
XIIe siècle.
Introduction du zéro en Europe occidentale.Les chiffres arabes s’y stabilisent graphiquement pour donner naissance à la forme qu'ils ont actuellement
Repères chronologiquesRepères chronologiques
Les deux grands types de Les deux grands types de numérationnumération
La numération de type additif (numération égyptienne, romaine...)
La numération de position
LaLa numération égyptiennenumération égyptienne
Le système hiéroglyphique.
Système additif non positionnel de base 10
19 X 23 = (1 + 2 +16) X 23
Le principe de base est la Le principe de base est la duplicationduplication
1 (1) 23 23
2 (1) 46 + 46
4 (0) 92
8 (0) 184
16 (1) 368 + 368
= 437
Multiplication égyptienneMultiplication égyptienne
Multiplication égyptienneMultiplication égyptiennevariantevariante
12 12
12 1 12
6 2 24
3 4 48
1 8 96 144
12 12 = 6 24 = 3 48 = (2 + 1) 48 = 96 + 48
Numération romaineNumération romaine7 symboles
une barre pour multiplier par mille
Formation des nombres
Par addition III VI XXVIIII
Par soustraction
IV IX CM
720 62
Le système décimal fait appel à deux principes fondamentaux que l'on retrouve dans toutes les bases de calcul.
Le premier principe fondamental est le principe de position
Le deuxième principe fondamental est le principe du zéro.
Système décimal et autres basesSystème décimal et autres bases
Numération à base quelconqueNumération à base quelconque
an, an – 1, ...., a2, a1, a0 étant n + 1 chiffres en base b, le nombre qui s’écrit anan – 1...., a2a1a0 en base b désigne le nombre
an bn + an – 1 bn– 1 +....+ a2 b2 + a1 b + a0
Pour écrire un nombre N en base b, on calcule le quotient q et le reste r de la division euclidienne de N par b puis le quotient et le reste de la division euclidienne de q par b, etc
On a 475 = 7 67 + 6 = 7 (7 9 + 4) + 6 = 7 (7 (7 1 + 2 ) + 4) + 6. donc 475 = 1 7 3 + 2 7 2 + 4 7 + 6.
(475)base10 s’écrit (1246)base 7
Disposition pratique
Algorithme du passage de la Algorithme du passage de la base 10 à la base b (b < 10)base 10 à la base b (b < 10)
Avec une calculatrice TI 82/83
PROGRAMM:BASE : Prompt B,N :1 Q :While Q> 0 : int(N/B) Q :N–Q*B R :Disp "R=",R :Q N :End
Avec un tableur
Pour une base b inférieure à 10 et N entier compris entre 0 et 2 ^41
La base 10 a été adoptée quasi universellement.
Mais il reste néanmoins des exemples historiques et des traces d'utilisation d'autres bases....
• base 5• base 12• base 20• base 60
Les bases 2, 8, 16 sont utilisées en informatique
Écriture décimale des Écriture décimale des nombres réels (en Terminale)nombres réels (en Terminale)
Écriture décimale d’un quotient d’entiers
Caractérisation d’un nombre rationnel
S o i t x e s t u n r é e l s t r i c t e m e n t p o s i t i f , à t o u t r a n g n , i l e x i s t e :
N e s t u n n a t u r e l
nd u n e s u i t e d ' e n t i e r s d e 9;...;2;1;0 b n u n r é e l , 10 nb
t e l s q u e :
nn
nn bdddd
Nx1010
...100010010
321
Écriture Écriture décimaledécimale d’un réel positif d’un réel positif
...10
...100010010
321 n
nddddNx
01 ..... eeeN pp p a r t i e e n t i è r e
......,0 321 ndddd p a r t i e d é c i m a l e x s e n o t e ....,..... 32101 dddeee pp
Écriture décimale d’un quotient Écriture décimale d’un quotient d’entiers naturelsd’entiers naturels
Elle est obtenue à l’aide d’un algorithme utilisant des divisions euclidiennes successives (voir fichier quotient.doc)
Un tableur apporte ensuite le calcul des décimales successives (voir fichier decimales.xls)
Périodicité de l’écriture Périodicité de l’écriture décimale d’un quotient d’entiersdécimale d’un quotient d’entiers
14141
10, 07142857142857142857……..
Réciproquement : Réciproquement :
Un nombre dont le développement Un nombre dont le développement décimal est périodique à partir d’un décimal est périodique à partir d’un certain rang est celui d’un quotient certain rang est celui d’un quotient de deux entiersde deux entiers
(voir fichier fraction.doc)(voir fichier fraction.doc)
Les nombres rationnels sont les nombres dont le développement décimal est périodique à partir d’un certain rang
Les nombres irrationnels sont les nombres dont le développement décimal n’est pas périodique à partir d’un certain rang
Arithmétique en premièreArithmétique en première
Nombres premiers
Recherche des diviseurs d’un naturel
Diviseurs communs à deux naturels
THEOREMES
•Tout entier naturel supérieur ou égal à 2 admet au moins un diviseur premier.
•Tout entier naturel composé admet au moins un diviseur premier inférieur ou égal à sa racine carrée.
•Tout nombre naturel qui n’admet pas de diviseur premier inférieur ou égal à sa racine carrée est un nombre premier
Application : Crible d’Ératosthène
T h é o r è m e : L ’ e n s e m b l e d e s n o m b r e s p r e m i e r s e s t i n f i n i . R a i s o n n e m e n t p a r l ’ a b s u r d e : S u p p o s o n s q u e l ’ e n s e m b l e d e s n o m b r e s p r e m i e r s s o i t f i n i e t a p p e l o n s p l e p l u s g r a n d d e c e s n o m b r e s e t A l e p r o d u i t d e t o u s c e s n o m b r e s p r e m i e r s . pA .....7532 A + 1 e s t u n n a t u r e l s u p é r i e u r o u é g a l à 2 . I l a d m e t a u m o i n s u n d i v i s e u r p r e m i e r q , q n e p e u t p a s ê t r e 2 , 3 , … . p , c a r s i n o n q d i v i s a n t A e t A + 1 , i l d i v i s e r a i t 1 l e u r d i f f é r e n c e . C e c i e s t a b s u r d e e t d o n c l ’ e n s e m b l e d e s n o m b r e s p r e m i e r s e s t i n f i n i .
R e c h e r c h e d e t o u s l e s d i v i s e u r s n a t u r e l s à l ' a i d e d ' u n a r b r e : 532180 22
2 02 1
2 2
1
2 4
3 0
1
3 13 2
1 8
3
1
3 0 3 23 03 23 1 3 1
5 0 5 05 05 05 05 05 05 05 0
9 1 242 6 3 6
5 15 15 15 1 5 15 15 1 5 15 1
1 64 5 1 01 5
3
9 2 1 8 4 1 2 3 66 02 0 1 8 09 03 05
L e n o m b r e d e d i v i s e u r s v a u t :
233
Recherche des diviseurs communs à deux naturels
Propriété : Soient a et b deux naturels où b est non nul et a = bq+r la division euclidienne de a par b. Les diviseurs communs à a et b sont les diviseurs communs à b et r.
PGDD(PGDD(a;ba;b))
C’est le dernier reste non nul dans
(voir fichier euclide.xls)
Arithmétique en terminaleArithmétique en terminale
Initiation au raisonnement par récurrenceDivision euclidienne dans Multiples d’un naturel dans Congruence dans compatibilité avec les opérations applications aux clés de contrôle critères de divisibilité par 3, 4, 9, 11.
Le raisonnement par Le raisonnement par récurrencerécurrence
Exemple Vérifier que pour tout naturel n :
23(n+1) – 1 = 8(23n – 1) + 7
En déduire par récurrence que, pour tout naturel n, 23n – 1 est divisible par 7.
Congruence et division Congruence et division euclidienneeuclidienne
Soient a et b deux relatifs et n un naturel.Il est équivalent de dire:a est congru à b modulo na et b ont le même reste dans la division
euclidienne par n
Application aux clés de contrôle : le numéro INSEE
Exemple : A = 2561275113114 identifie une personne La clé de contrôle est K = 97 – r, où r le reste de la division de A par 97. Le numéro INSEE est constitué des 15 chiffres obtenus en accolant à A la clé K. Mais les capacités du tableur ne permettent pas d'obtenir K .
On considère les deux entiers a et b tels que A = a 10 6 + b avec 0 b < 106 et a' et b' les restes dans la division par 97de a et b . Comme 10 6 27 ( 97), alors :
A 27 a'+b' (97) r est le reste de la division de 27 a'+b' par 97. On obtient K= 64, puis :
Le numéro INSEE :2561275113114 64
DénombrementDénombrementLe triangle de Pascal.
O
R
1
1
1
1
2
1
1
3
3
K
L
4
6 10
Une approche possible :Les chemins sur quadrillage.
1
1
1
1
2
1
1
3
3 6 10
10
4
41
1
1
5
5
1
1
11
2 1
1 11
1
13 3
4 46
5 510 10
1
Triangle de Pascal
Lien entre le nombre de parties d’un ensemble et le nombre de chemins sur un quadrillage
O
R
E = {a ; b ; c ; d ; e}
Le chemin jaune allant de O à R est associé au sous-ensemble {a ; c ; d}.
A chaque chemin composé de 5 déplacements, dont trois horizontaux, on associe un unique sous-ensemble de E à trois éléments et réciproquement.
npOn note
le nombre de parties à p éléments d’un ensemble à n éléments.
C’est aussi le nombre de chemins allant de O à M(p; n – p)
1 11
n n n=p pp-
Propriétés des combinaisons et Propriétés des combinaisons et chemins sur quadrillagechemins sur quadrillage
O
U V
T
p
n - p
Propriétés des combinaisons et Propriétés des combinaisons et chemins sur quadrillagechemins sur quadrillage
O
A’
B’
Il y a autant de chemins allant de O vers A’ que de chemins allant de O vers B’ donc
On peut étendre cette propriété à un trajet composé de n déplacements dont p déplacements vers le haut
n n=p n- p
6 6=2 4
Formule du binôme Formule du binôme et chemins sur quadrillageet chemins sur quadrillage
O a
b
a
b
a²
b²
ab + ba
(a + b)3 = aaa+aab+aba+baa+bba+bab+abb+bbb
3ab²
Calcul des Calcul des
np
Seule l’utilisation de la formule
pour des valeurs numériques données de p est exigible, l’expression à l’aide des factorielles ne l’est pas.
11 ...1 2
n n pn np p
Cette formule peut résulter de la relation
( ( 1))1nn p n pp p
Nombre de sous-ensembles d’un Nombre de sous-ensembles d’un ensembleensemble
Outre l’utilisation de la formule du binôme, on peutégalement exploiter le texte de Pascal sur le trianglearithmétique. Le raisonnement de Pascal est le suivant
1 11
n n n=p pp-
Partant de la propriété
Il en déduit que la somme des coefficients d’une même ligne est le double de la somme des coefficients de la ligne précédente et achève sa démonstration par un raisonnement par récurrence.