Résoudre l'équation $n!=2^p$

*Edité le 23/04/2018*

Bonjour,

J'aimerais résoudre l'équation $n!=2^p$ avec de manière contre-intuitive $n\in \mathbb R^+$ et $p\in\mathbb R^+$

On peut facilement trouver $p=\dfrac{\ln (n!)}{\ln 2}$ mais j'ai besoin de connaître la valeur de $n$ pour des très grandes valeurs de $p$ (idéalement pour un $p = 8,796 \times 10^{12}$).

Ce qui m’amène à une seconde question, comment trouver les valeurs de $n!$ pour de grandes valeurs de $n$ ? De même pour $2^p$ et les grandes valeurs de $p$ ?

Je précise que je n'ai besoin que des chiffres avant la virgule.
J'écoute toutes vos pistes,
Cactus

Réponses

  • La formule de Stirling ne te convient pas ?
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Tu sais que tout entier se factorise de façon unique (à l'ordre des facteurs près) comme produit de nombre premiers ? que le seul facteur premier de $2^p$ est $2$, alors que dans $n!$ interviennent tous les entiers entre $1$ et $n$ ? Ça restreint drastiquement les possibilités pour $n$, non ?

    PS : D'après la réponse de nicolas.patrois, j'ai dû me faire couillonner par les implicites habituels : $n$ est un entier, $p$ vient juste après $n$ donc $p$ est un entier. Quel naïf, non ?
  • Encore un énoncé incomplet : Qui sont n et p ?
    Classiquement, ces lettres sont utilisées pour des entiers, et la factorielle porte plutôt sur des entiers (sinon, on utilise la fonction $\Gamma$).

    Cordialement.
  • Mea culpa

    Bien que p soit un naturel, je souhaiterai connaître une valeur de n réelle avec prolongation de la fonction factorielle sur les réels positifs.

    Merci beaucoup pour la formule de Stirling, je vois s'il est possible de l'inverser.
  • Heu ... tu viens de corriger en disant que n et p sont des réels.

    Pour prolonger la factorielle, il y a la fonction $\Gamma$ sur laquelle tu peux trouver des renseignements sur Internet très facilement. Par contre, il ne faut pas rêver à un calcul exact.

    Cordialement.
  • Bon, personne ne peut m'aider à ce que je vois, c'est bien dommage.
  • Tu as eu des pistes (Stirling, Gamma), tu n'en as rien dit ...
    D'autre part, le type de valeurs que tu veux manipuler ($2^{ 8,796 \times 10^{12}}$, un nombre de 6 000 000 000 000 de chiffres) rend la précision sur n assez aléatoire.
  • À des cacahuètes près, si $p$ est grand et si $n!=2^p$, alors $n$ est grand aussi et $n\ln \dfrac{n}{\mathrm{e}}+\ln\sqrt{2\pi n}\simeq p\ln2$ (Stirling).
    Pour $p\simeq 8.796\cdot10^{12}$, on a : $p\ln2\simeq6.09\cdot10^{12}$.

    En prenant le logarithme une fois de plus, on voit que $\ln n+\ln(\ln n-1+\ln\sqrt{2\pi n})\simeq\ln(p\ln2)$. On néglige le deuxième terme (avec les log de log), ce qui donne en première approximation, $\ln n\simeq \ln(6.09\cdot10^{12})\simeq29.44$.

    En deuxième approximation, $n(\ln n-1)\simeq6.09\cdot10^{12}$, ce qui donne $n\simeq\dfrac{6.09\cdot10^{12}}{29.44-1}\simeq2.14\cdot10^{11}$.

    En troisième approximation, $\ln(2.14\cdot10^{11})\simeq26.09$, d'où $n\simeq\dfrac{6.09\cdot10^{12}}{26.09-1}\simeq2.47\cdot10^{11}$.

    On pourrait continuer... En faisant appel à la fonction magique find_root, une valeur approchée de la solution de l'équation $n\ln\dfrac{n}{\mathrm{e}}+\ln\sqrt{2\pi n}=p\ln2$ est $241\,566\,856\,326$, ce qui va plus vite et, au passage, valide l'approche précédente.
  • Merci beaucoup !

    J'aurais espéré ce nombre plus petit et suis un peu étonné du résultat car la valeur de n!-2^n semblait tendre rapidement vers l’infinie mais les résultats sont en fait plutôt linéaires (29! env= 2^100 ; 47! env= 2^200 (+18 pour n et +100 pour p); 65! env= 2^300 (+18 pour n et + 100 pour p encore une fois)).
    Les chiffres sont ce qu'ils sont cependant !

    Pour infos, j'essayai de comparer la capacité de stockage de données entre le classement d'éléments uniques qui se calcule avec la factorielle et le l'apposition de variables binaire qui se calcule avec 2^p.

    Le problème était pour moi de trouver combien d'éléments uniques est ce que j'ai besoin pour stocker un 1 To de donnée (soit l'apposition de 8,796 * 10¹² bit cote à cote).

    Encore merci, je pense que le sujet est clos désormais.
  • Intéressant car je conclus de mon message précédent que 2^p env= (11 + p/100 * 18)! et donc que n = 11 + p/100 *18 ce qui me donne n = 1,583 x 10^12, pas trop mal comme approximation ...
  • Cactus a écrit:
    J'aurais espéré ce nombre plus petit et suis un peu étonné du résultat car la valeur de n!-2^n semblait tendre rapidement vers l’infinie mais les résultats sont en fait plutôt linéaires (29! env= 2^100 ; 47! env= 2^200 (+18 pour n et +100 pour p); 65! env= 2^300 (+18 pour n et + 100 pour p encore une fois)).
    Ce que tu qualifie de linéaire, c'est le nombre de chiffres (en base $2$). En effet, $\log_2(n!)\sim n\log_2(n)$, il faut des $n$ très grands pour s'apercevoir que ce n'est pas linéaire puisque le logarithme croît si lentement. Cependant, le rapport entre $2^{200}$ et $2^{300}$, c'est $2^{100}\simeq10^{30}$, la racine carrée du nombre de protons dans l'univers quand même...
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