A5. Carrés, cubes, puissances d'ordre n
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Q1 - Passage en première... Zig, Puce et Alfred (le pingouin) détiennent chacun un entier relatif. La somme des trois nombres est nulle. Démontrer que le double de la somme de leurs puissances quatrièmes est un carré parfait
Q2 - Passage en seconde... Zig dit à Puce: “la somme des puissances quatrièmes des entiers qui vont de 1 à l’âge de mon grand’père rapportée à la somme des carrés de ces mêmes entiers est égale au carré de l’âge de ma grand’mère”. Déterminer les âges des grands-parents de Zig.
Q3 - Passage en troisième... Pour l’entier k prenant les valeurs 1,2,3,...,Zig établit la suite des nombres égaux à la puissance quatrième des k premiers entiers pairs successifs > 0 auxquels il ajoute chaque fois la fraction égale à un quart puis il calcule le produit N des nombres ainsi obtenus. De la même manière, Puce établit la suite des nombres égaux à la puissance quatrième des k premiers entiers impairs successifs auxquels il ajoute chaque fois un quart et il calcule le produit D des nombres obtenus. Alfred calcule pour tout k = 1,2,3.... la séquence des rapports r = N/D. Démontrer que r est toujours un entier et calculer k quand r est un carré parfait pour la quatrième fois dans la séquence.
Q4 - Passage en quatrième... Alfred pose à ses deux amis les deux questions suivantes: - à Puce : combien faut-il au minimum d’entiers pas nécessairement distincts pour exprimer l’entier 79 comme somme des puissances quatrièmes de ces entiers? - à Zig : on écrit tout entier positif sous la forme de la somme des puissances quatrièmes de k entiers pas nécessairement distincts, k étant le plus petit possible. Démontrer que : a) k ?53 (****) b) k ? 21 (*****) c) k ? 19 (******)
Jean Moreau de Saint-Martin,Daniel Collignon, Pierre Henri Palmade, Paul Voyer, Gilles Thomas, Jean-Marie Breton, Maurice Bauval, Jean Nicot, Francesco Franzosi, Patrick Gordon et Antoine Verroken ont résolu le problème. En ce qui concerne les parties b et c de la question 4, les réponses proposées renvoient aux indications disponibles sur Internet, qui font appel à des méthodes analytiques raffinées. On lira avec intérêt les deux documents suivants sur le problème de Waring pour les bicarrés: Jean-Marc Deshouillers - Problème de Waring pour les bicarrés : le point en 1984 François Dress - Problème de Waring pour les bicarrés : g(4) = 19
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