Système de congruences

Bonjour
Il s'agit pour moi de résoudre le système suivant :

$3^{x}\cdot 3^{y}\equiv 3^{25}\pmod{38}$
$3^{y}\cdot 3^{z}\equiv 3^{31}\pmod{38}$
$3^{x}\cdot 3^{z}\equiv 3^{62}\pmod{38}$

Je ne sais pas ce qu'en disent les mathématiques classiques et j'aimerais savoir si le raisonnement qui va suivre est acceptable aux yeux de vrais mathématiciens. Je précise bien que ce qui importe avant tout, pour moi, c'est la justesse du raisonnement car je pense que les solutions trouvées sont exactes. Mais à cause d'un raisonnement mauvais ou incomplet, je passe peut-être à côté d'autres solutions. Merci d'avance.

Pour résoudre ce système j'ai d'abord écrit ceci :

$3^{x+y}\equiv 3^{25}\pmod{38}$
$3^{y+z}\equiv 3^{31}\pmod{38}$
$3^{x+z}\equiv 3^{62}\pmod{38}$

Ensuite, j'ai vérifié que $3$ est un générateur du groupe des inversibles de l'anneau $\mathbb{Z}/38\mathbb{Z}$. Alors, je me suis dit (!?!) que les calculs relatifs aux puissances de $3$ se font sûrement modulo $\varphi(38)=18$, puisque ce groupe (multiplicatif) est d'ordre $18$. Ce qui donne, à propos des puissances de $3$ :

(1) $x+y\equiv 25\equiv 7\pmod{18}$
(2) $y+z\equiv 31\equiv 13\pmod{18}$
(3) $x+z\equiv 62\equiv 8\pmod{18}$

et en retranchant, par exemple, (2) de (1)+(3), j'obtiens :
$2x\equiv 2\pmod{18}$
qui revient à devoir résoudre $\bar{2}\cdot \bar{x}=\bar{2}$ dans $\mathbb{Z}/18\mathbb{Z}$

La théorie me dit à ce sujet :
- que cette dernière équation admet (au moins) une solution si et seulement si $2$ divise $18$, ce qui est le cas,
- que le nombre de solutions est égal à $pgcd(2;18)$, soit 2 solutions,
- et enfin que, une solution étant trouvée, à savoir la solution évidente $x=1$, l'autre solution est de la forme $1+(18/2)=10$

J'en conclus que $x\equiv 1\pmod{18}$ ou $x\equiv 10\pmod{18}$.

Si $x\equiv 1\pmod{18}$, alors $y\equiv 6\pmod{18}$ et $z\equiv 7\pmod{18}$
Si $x\equiv 10\pmod{18}$, alors $y\equiv 15\pmod{18}$ et $z\equiv 16\pmod{18}$
Merci d'avance pour vos remarques.

Une dernière question : $x, y , z \in \mathbb{N}$ ou $\in \mathbb{Z}$ ?

[LaTeX fournit la commande \pmod{xx} pour donner $\pmod{xx}$. AD]

Réponses

  • Cela me semble bien.

    3 est premier avec 38. On peut considérer $3^x\mod{38}$ pour tout $x$ entier.

    avec $3^{-1}\times 3 \equiv 1\mod{38}$ et $3^{-n}\equiv (3^{-1})^n \mod{38}$ avec $n$ entier naturel.
  • Le passage sur lequel tu as l'air d'hésiter est celui où tu passes aux exposants modulo $18$. Si $\phi(38)=18$ et si $3$ est bien un générateur des inversibles modulo $38$, alors ce passage est justifié par (les calculs sont modulo $18$) $3^k = 3^l \implies 3^{k-l} = 1$, et $3^k = 1 \implies 18 \mid k$ car l'ordre de $3$ est $18$, et donc $3^k = 3^l \implies 18 \mid k-l$.

    Cela te permet de passer modulo $18$. Dans le cas où ça avait été $m$ plutôt que $3$, $m$ quelconque premier avec $38$, alors il aurait fallu remplacer $18$ par l'ordre (multiplicatif) de $m$, qui aurait été un diviseur de $18$, mais pas forcément $18$.

    Quant à la dernière étape, tu as $2(x-1) = 0$, ce qui équivaut à $18 \mid 2(x-1)$, ce qui est équivalent à $9 \mid x-1$, c'est-à-dire $x=1$ modulo $9$, ce qui revient à l'une de tes conditions $x=1$ ou $x=10$ modulo $18$ (tu remarqueras ainsi qu'en passant modulo $9$, la solution est unique: c'est normal car $2$ est inversible modulo $9$; et d'ailleurs tes deux solutions coincident modulo $9$)
  • Prendre directos le log 3 ... bien joué !

    c'est un thème amusant les points sur les corps finis des systèmes d'équations :-D
  • Merci à chacun pour vos remarques, qui me sont précieuses.
  • Une toute dernière question,
    Si x, y, z se calculent modulo 18, ils appartiennent bien à $\mathbb{Z}$ ?
  • Je n'ai pas lu le fil donc il me manque peut-être du contexte, mais ta question n'a pas de sens.

    Si quand tu dis "$x,y,z$ se calculent modulo $18$" tu veux dire que $x,y,z \in \mathbb Z/18 \mathbb Z$ alors non ce ne sont pas des éléments de $\mathbb Z$ mais seulement des classes d'équivalence d'entiers modulo $18$. On peut cependant effectuer les opérations arithmétiques usuelles sur ces classes sans se soucier de quels représentants on manipule.

    Si ta question a plutôt le sens "si je regarde $x,y,z$ modulo $18$ c'est que nécessairement ce sont des entiers" alors la réponse est également non. On peut regarder modulo $18$ dans n'importe quel anneau contenant $18$, par exemple dans $\mathbb R$ (où ça n'a pas beaucoup d'intérêt) ou bien dans $\mathbb Z[X]$ (où ça en a un peu plus) ou encore dans $\mathbb Z_p$ (où ça en a encore plus).
  • Merci, Poirot, pour ces précisions.

    En fait, ce qui se passe, c'est ceci :
    Dans un problème d'arithmétique modulaire, où les calculs se font modulo 38 et où les inconnues x,y et z sont des exposants de 3, j'aboutis à des solutions dont une est la suivante $x\equiv 1\pmod{18} $. A moins que je ne fasse erreur (?), cela signifie que $x$ est un entier de la forme $1+18k$. Mais je me posais des questions à propos de $k$ : appartient-il à $\mathbb{N}$ ou à $\mathbb{Z}$ ? (car j'hésite à faire intervenir des puissances négatives.)

    Au vu de ce qu'a écrit Fin de partie, il semble bien que $x$ (et donc $k$), $\in \mathbb{Z}$.

    C'est ça ?
  • Oups. Je voulais dire des exposants négatifs.
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