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Arithmétique – Bac S Amérique du Nord 2013 (spé)

Exercice 2 (spé)   5 points

Candidats ayant suivi l'enseignement de spécialité mathématiques

Partie A

On considère l'algorithme suivant :

Variables : $ a $ est un entier naturel
  $ b $ est un entier naturel
  $ c $ est un entier naturel
Initialisation : Affecter à $ c $ la valeur $ 0 $
  Demander la valeur de $ a $
  Demander la valeur de $ b $
Traitement : Tant que $ a > b $
  $ \qquad $ Affecter à $ c $ la valeur $ c+1 $
  $ \qquad $ Affecter à $ a $ la valeur $ a - b $
  Fin de tant que
Sortie : Afficher $ c $
  Afficher $ a $
  1. Faire fonctionner cet algorithme avec $ a = 13 $ et $ b = 4 $ en indiquant les valeurs des variables à chaque étape.
  2. Que permet de calculer cet algorithme ?

Partie B

À chaque lettre de l'alphabet, on associe, grâce au tableau ci-dessous, un nombre entier compris entre $ 0 $ et $ 25 $.

A B C D E F G H I J K L M
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
N O P Q R S T U V W X Y Z
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

On définit un procédé de codage de la façon suivante :

  • Étape 1 : À la lettre que l'on veut coder, on associe le nombre $ m $ correspondant dans le tableau.
  • Étape 2 : On calcule le reste de la division euclidienne de $ 9m+5 $ par $ 26 $ et on le note $ p $.
  • Étape 3 : Au nombre $ p $, on associe la lettre correspondante dans le tableau.
  1. Coder la lettre U.
  2. Modifier l'algorithme de la partie A pour qu'à une valeur de $ m $ entrée par l'utilisateur, il affiche la valeur de $ p $, calculée à l'aide du procédé de codage précédent.

Partie C

  1. Trouver un nombre entier $ x $ tel que $ 9x \equiv 1 \left[26\right] $.
  2. Démontrer alors l'équivalence :

    $ 9m+5 \equiv p \left[26\right] \Leftrightarrow m\equiv 3p - 15 \left[26\right]. $
  3. Décoder alors la lettre B

Corrigé

Partie A

  1. Représentons les étapes de l'algorithme dans le tableau suivant :

    $a$ $b$ $c$ $a > b$
    13 4 0 vrai
    9 4 1 vrai
    5 4 2 vrai
    1 4 3 faux

    Fin : $a = 1$ ; $c = 3$

  2. L'algorithme permet de calculer le quotient $c$ et le reste $a$ de la division euclidienne de la valeur de $a$ entrée initialement par $b$.

    Au bout de $n$ étapes on a :

    $ b c_n + a_n = a_0 $

    Dans l'exemple de la question 1 :

    $ 4 \times 3 + 1 = 13 $

Partie B

  1. Codage de la lettre U :

    • Étape 1 : $ U \to m = 20 $
    • Étape 2 : $ 9m + 5 = 9 \times 20 + 5 = 185 $

      La division euclidienne de 185 par 26 donne : $ 185 = 26 \times 7 + 3 $.
      Le reste est $ p = 3 $.

    • Étape 3 : $ p = 3 \to D $

    La lettre U est codée par la lettre D.

  2. On peut modifier l'algorithme de la façon suivante :

    Variables : $ a $ est un entier naturel
      $ b $ est un entier naturel
      $ c $ est un entier naturel
      $ m $ est un entier naturel
    Initialisation : Affecter à $ c $ la valeur $ 0 $
      Affecter à $ b $ la valeur $ 26 $
      Demander la valeur de $ m $
      Affecter à $ a $ la valeur $ 9m + 5 $

    Le reste de l'algorithme (traitement et sortie) reste identique à celui donné dans l'énoncé.

    La valeur de $ p $ cherchée est la valeur de $ a $ affichée en fin d'algorithme.

Partie C

  1. On a $ 3 \times 9 = 27 $ et $ 27 \equiv 1 \left[26\right] $.

    On peut donc choisir $ x = 3 $.

  2. En multipliant les deux membres de la congruence $ 9m + 5 \equiv p \left[26\right] $ par 3, on obtient :

    $ 3(9m + 5) \equiv 3p \left[26\right] $
    $ 27m + 15 \equiv 3p \left[26\right] $

    Comme $ 27 \equiv 1 \left[26\right] $, on en déduit :

    $ m + 15 \equiv 3p \left[26\right] $
    $ m \equiv 3p - 15 \left[26\right] $
  3. Décodage de la lettre B :

    La lettre B correspond à $ p = 1 $.

    En remplaçant $ p $ par 1 dans la congruence précédente :

    $ m \equiv 3 \times 1 - 15 \left[26\right] $
    $ m \equiv -12 \left[26\right] $

    Comme $ -12 + 26 = 14 $, on a $ m \equiv 14 \left[26\right] $.

    Le nombre $ m = 14 $ correspond à la lettre O.

    La lettre B est décodée par la lettre O.

(Solution rédigée par Paki)