Commutativité et exponentiation

Bonjour. Voici un problème que je n’arrive pas à résoudre : soient $m$ et $n$ deux entiers naturels tels que $m<n$ et $m^n =n^m $. Montrer que $m=2$ et $n=4$. Pour l’instant j’arrive seulement à prouver que $n$ est une puissance de $m$. Pour cela je montre d’abord que $m$ divise $n$ en regardant leur quotient à la puissance $m$ qui est une puissance de $m$ donc un entier, donc $n/m$ aussi. Ensuite je regarde leurs décompositions en facteurs premiers qui utilisent les mêmes premiers, et je remarque que le quotient des valuations en chacun de ces premiers est égal à $n/m$, donc $n$ est une puissance de $m$.

Je n’ai pas d’ordi ce week-end, si vous tenez à obtenir des détails je peux vous joindre une photo.

Réponses

  • Salut,
    Cet exercice se fait très bien en analyse.
  • Tu sais que $n$ est une puissance de $m$, soit $n=m^a$ pour un certain $a \geq 2$. Ton égalité devient $m^{m^a} = m^{am}$ soit finalement $m^a = am$, d'où $a = m^{a-1}$. Comme $m \geq 2$ on trouve $a \geq 2^{a-1}$. Mais une récurrence immédiate donne $a < 2^{a-1}$ pour tout entier $a \geq 3$. Finalement, $a=2$ et $m^2 = 2m$ et la fin tombe toute seule.
  • Sinon, pour la version arithmétique :-D : il existe un entier $k$ tel que $n=m^k$ d'après ce que tu as dit. Donc $m^{m^k}=m^{km}$, puis $m^k=km$ et $k=m^{k-1}$. Ensuite, tu peux chercher à montrer par récurrence sur $k$ que $k<m^{k-1}$ sauf lorsque $k=1$ ou $(k,m)=(2,2)$.

    Édit : Je n'avais pas vu le message de Poirot.
  • Merci à vous deux! Il me manquait cette inégalité.
  • On est dans « arithmétique ».
    Je rappelle qu’un raisonnement d’analyse permet de trouver ce résultat.

    Il me semble qu’un fil avait recensé diverses méthodes.
    Puis en étendant le résultat aux complexes (avec une précaution pour les puissances).


    Édit :
    http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,96315,97829
    Il en existe un plus récent où, Chaurien, que je salue, avait proposé de résoudre cela dans $\mathbb Q^2$
  • Tiens ! Merci Chaurien.

    Je ne me souvenais même pas que j’avais initié ce fil.
    Incroyable...

    Alois me guetterait ?
  • Moi aussi j'ai le plus grand mal à retrouver les fils anciens. Celui-ci je l'avais noté dans la fiche relative à l'équation diophantienne $x^y=y^x$ en rationnels.
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.