Je vois d'ici le tableau !

Bonjour,

Aujourd'hui, je propose à celles et ceux qui seraient intéressés le petit problème suivant :

Voici un tableau : $$
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}
\hline
10y & 1x+10y & 2x+10y & 3x+10y & 4x+10y & 5x+10y & 6x+10y & 7x+10y & 8x+10y\\
\hline
9y & 1x+9y & 2x+9y & 3x+9y & 4x+9y & 5x+9y & 6x+9y & 7x+9y & 8x+9y\\
\hline
8y & 1x+8y & 2x+8y & 3x+8y & 4x+8y & 5x+8y & 6x+8y & 7x+8y & 8x+8y\\
\hline
7y & 1x+7y & 2x+7y & 3x+7y & 4x+7y & 5x+7y & 6x+7y & 7x+7y & 8x+7y\\
\hline
6y & 1x+6y & 2x+6y & 3x+6y & 4x+6y & 5x+6y & 6x+6y & 7x+6y & 8x+6y\\
\hline
5y & 1x+5y & 2x+5y & 3x+5y & {\color{red}{19}}& 5x+5y & 6x+5y & 7x+5y & 8x+5y\\
\hline
4y & 1x+4y & 2x+4y & 3x+4y & 4x+4y & 5x+4y & 6x+4y & 7x+4y & 8x+4y\\
\hline
3y & 1x+3y & 2x+3y & 3x+3y & 4x+3y & 5x+3y & 6x+3y & 7x+3y & 8x+3y\\
\hline
2y & 1x+2y & 2x+2y & 3x+2y & 4x+2y & 5x+2y & 6x+2y & 7x+2y & 8x+2y\\
\hline
1y & 1x+1y & 2x+1y & 3x+1y & 4x+1y & 5x+1y & 6x+1y & 7x+1y & 8x+1y\\
\hline
0x+0y & 1x & 2x & 3x & 4x & 5x & 6x & 7x & 8x\\
\hline
\end{array}$$
Si on donne à $x$ et à $y$ une valeur entière, le résultat (somme ou produit) obtenu dans chacune des 99 cases du tableau sera congru modulo 99 à une valeur comprise entre $0$ et $98$. J'appelle "résidu" (modulo 99) cette valeur.

Le problème consiste à trouver $x$ et $y$ entiers tels que :
1) chacun des 99 résidus possibles ($0$, $1$, $2$, … , $98$) figure dans le tableau.
2) le résidu de l'addition $4x+5y$ soit $19$ (voir le tableau).

(Pourquoi $19$ ? Parce que nous sommes en $(20)19$, bien entendu.)

Bon divertissement,
Sneg.

Réponses

  • $x=-11,y=72$.
  • Bien joué, JLT ! Bravo !

    Et quelle rapidité ! C’etait si facile que ça ?
  • Voici une (la) liste de solutions (celle de JLT en gras) :
    [(0, 83), (1, 3), (2, 22), (3, 41), (4, 60), (5, 79), (6, 98), (7, 18), (8, 37), (9, 56), (10, 75), (11, 94),
    (12, 14), (13, 33), (14, 52), (15, 71), (16, 90), (17, 10), (18, 29), (19, 48), (20, 67), (21, 86), (22, 6),
    (23, 25), (24, 44), (25, 63), (26, 82), (27, 2), (28, 21), (29, 40), (30, 59), (31, 78), (32, 97), (33, 17),
    (34, 36), (35, 55), (36, 74), (37, 93), (38, 13), (39, 32), (40, 51), (41, 70), (42, 89), (43, 9), (44, 28),
    (45, 47), (46, 66), (47, 85), (48, 5), (49, 24), (50, 43), (51, 62), (52, 81), (53, 1), (54, 20), (55, 39),
    (56, 58), (57, 77), (58, 96), (59, 16), (60, 35), (61, 54), (62, 73), (63, 92), (64, 12), (65, 31), (66, 50),
    (67, 69), (68, 88), (69, 8), (70, 27), (71, 46), (72, 65), (73, 84), (74, 4), (75, 23), (76, 42), (77, 61),
    (78, 80), (79, 0), (80, 19), (81, 38), (82, 57), (83, 76), (84, 95), (85, 15), (86, 34), (87, 53), [b](88, 72)[/b],
    (89, 91), (90, 11), (91, 30), (92, 49), (93, 68), (94, 87), (95, 7), (96, 26), (97, 45), (98, 64)]
    
  • J'ai cherché une solution avec $x$ multiple de 11 mais pas de 3, et $y$ multiple de 9 mais pas de 11.
  • @Mathcoss,

    Il y a un problème avec tes résultats, $(0,83)$ donne des colonnes identiques.

    Al-Kashi
  • Bonjour, Math Coss.
    Merci d'intervenir.

    Je ne comprends pas ton tableau de solutions.
    Par exemple, comment (1;3) pourrait-il être solution du problème posé puisque, si $x=1$ et $y=3$, alors dans le tableau $3x$ et $1y$ ont le même résidu modulo 99, ce qui ne se peut pas.

    @ JLT :
    Tu écris "avoir cherché une solution". Dans le même genre de tableau de solutions que celui de Math Coss ?
  • Non, j'ai cherché à la main. Supposons trouvés $x$ et $y$ tels que $11\mid x$, $9\mid y$, $3\not\mid x$, $11\not\mid y$.

    Si $ax+by=a'x+b'y\pmod{99}$ alors $by=b'y\pmod{11}$ donc $b=b'\pmod{11}$ et de même $a=a'\pmod{9}$, donc les $ax+by$ sont bien tous distincts modulo $99$. Il reste donc à trouver $x=11x'$ et $y=9y'$ tels que $44x'+45 y'=19\pmod{99}$. On a donc $-x'=1\pmod{9}$ donc on choisit par exemple $x'=-1$, et ensuite $y'$ se trouve facilement.
  • D'accord, JLT.
    Merci pour ton explication.
  • J'ajoute que le même problème, mais présenté avec d'autres valeurs et sans le tableau, s'est retrouvé à mon grand étonnement inséré dans le fil intitulé "Frobenius, un cas particulier", quatre messages à moi avant la fin.
    S'il y a encore des amateurs...
  • Ouch, j'ai dû rater une marche. Same player, shoot again!
    [(7, 18), (11, 94), (16, 90), (22, 6), (25, 63), (34, 36), (43, 9), (44, 28),
    (52, 81), (55, 39), (61, 54), (70, 27), (77, 61), [b](88, 72)[/b], (97, 45)]
    
  • @ Math Coss :

    J'ai mis ce problème au point très rapidement car je savais au préalable que $x=11k$ et $y=9k'$ $(k,k'\in \mathbb{N})$ était une solution du problème. (J'ai été surprise de voir que JLT le savait aussi !)

    Mais j'ai mis beaucoup plus de temps pour trouver les autres solutions car il m'a fallu faire "à la main" le tri entre les bonnes solutions et les mauvaises. Aurais-tu une méthode de tri plus rapide à me proposer ?

    Merci d'avance.
  • À la main ? Non. Avec l'ordinateur, il suffit de faire défiler les $99^2$ couples $(x,y)$ et de tester si 1) $4x+5y=19\pmod{99}$ et 2) l'ensemble des $\{(ax+by)\%99\,:\ 0\le a\le 8\ \text{et}\ 0\le b\le 10\}$ a $99$ éléments (où $u\%v$ est le reste de la division de $u$ par $v$).
  • D’accord, Math Coss.
    Merci.
  • Bonsoir,
    @Sneg,

    A la main on peut trouver les 6 solutions à partir d'un seul raisonnement qui correspondent au cas où $x$ est un multiple de $11$ mais pas de $3$.

    Al-Kashi
  • Et ce soir je suis tellement inspiré que je peux aussi dire que l'on peut prouver que les 9 autres solutions correspondent au cas où $y$ est un multiple non nul de $9$.

    Al-Kashi
  • Il s'agit en fait de prouver le résultat suivant:

    Lemme:
    $(x,y)$ vérifie les deux conditions si et seulement si $x$ est un multiple de $11$ et n'est pas un multiple de $3$ ou si $y$ est un multiple de $9$ et n'est pas un multiple de $11$.

    Preuve que la condition est suffisante:
    $\bullet$ Supposons que $x=11k$ avec $3\not\mid k$
    La condition $4x+5y \equiv 19$ est équivalente à $y \equiv 19x+83$
    Supposons que $ax+by \equiv a'x+b'y$. On aurait alors $x(a-a'+19(b-b')) \equiv 83 (b'-b)$ soit $11k(a-a'+19(b-b')) \equiv 83 (b'-b)$. En multipliant par $9$ cela donne $83*9 (b-b') \equiv 0$.
    Or, d'après le d'après le tableau $-10 \leq b-b' \leq 10$. On a donc $b=b'$. On obtient alors $11k(a-a')\equiv 0$.
    $k$ étant premier avec $3$, on a alors $a-a' \equiv 0 \mod (9)$. Or d'après le tableau $-8 \leq a-a' \leq 8$. Ceci implique donc que $a=a'$. En conclusion toutes les valeurs du tableau sont distinctes et tout couple de la forme $(11k,11k+83)$ tel que $3\not\mid k$ vérifie les conditions.
    $\bullet$ Supposons que $y=9k$ avec $0<k<11$.
    La condition $4x+5y \equiv 19$ est équivalente à $x \equiv 73y+79$.
    Supposons que $ax+by \equiv a'x+b'y$. On aurait alors $y(b-b'+73(a-a')) \equiv 79 (a'-a)$ soit $9k(b-b'+73(a-a')) \equiv 79 (a'-a)$. En multipliant par $11$ cela donne $79*11 (a'-a) \equiv 0$. Pour les mêmes raisons que plus haut, $a=a'$. On obtiendrait alors $9k(b-b') \equiv 0$ et $k$ étant premier avec $11$ on aurait alors $b-b' \equiv 0 (11)$. Ainsi $b=b'$.
    En conclusion toutes les valeurs du tableau sont distinctes et tout couple de la forme $( 63k+79,9k)$ avec $0<k<11$ vérifie les conditions.

    On retrouve ainsi toutes les solutions postées par MathCoss.


    Preuve que la condition est nécessaire:

    En cours de réflexion.


    Al-Kashi
  • La nécessité des conditions ne me semble pas évidente.
    Merci Sneg pour ce problème très original sur les congruences.

    Al-Kashi
  • C’est moi qui te remercie, Al-Kashi, de t’intéresser à ce problème.
    :-)
  • J'y ai encore mis un peu de bonne volonté pour trouver, mais je n'arrive pas à voir pourquoi ces conditions sont nécessaires. Si quelqu'un pouvait nous le justifier, cela en ferait un joli problème autour des congruences avec une solution complète à la main.

    Al-Kashi
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