A458. Fractions en ronde fermée Imprimer
A4. Equations diophantiennes
calculator_edit.png  

On s'intéresse aux suites de n entiers positifs tous différents entre eux a1,a2,a3,...ai,....,an tels que la somme des fractions· S = a1/a2 + a2 /a3 + a3/a4 + ...+ai/ai+1 + ...+an/a1 est égale à un nombre entier.

1)····· Pour quelles valeurs de n, de telles suites existent-elles·?

2)····· Quelle est la plus petite valeur de n pour laquelle le produit des termes a1*a2*...*an est toujours un cube ?

3)····· Quelle est la plus petite valeur s de S·? Quelles sont les valeurs de n qui permettent d'obtenir s·?

4)····· Trouver une suite (si possible la plus courte) telle que S = 2009.



 

 Solution


Jean Moreau de Saint Martin, Daniel Collignon et Pierre Henri Palmade ont répondu au problème.

Dans la question n°3, on démontre que s > 3 et on trouve rapidement le triplet (1,2,4) qui donne s = 5 mais on se heurte à un problème beaucoup plus complexe pour démontrer que l'équation a/b + b/c + c/a = 4 n'a pas de solution.

Fabien Gigante nous adresse à ce propos le message suivant:

L'équation a/b+b/c+c/a=n, ou de façon équivalente x3+y3+z3=nxyz a bien été étudiée avant nous...L'inexistence de solutions entières positives pour n = 4 semble bien être aujourd'hui démontrée.On trouve dans l'encyclopédie de Sloane, la séquence des n pour lesquelles l'équation admet des solutions entières positives.http://www.research.att.com/~njas/sequences/A072716
Il est fait mention explicite d'une démonstration de l'inexistence pour le cas n multiple de 4 (donc en particulier n=4 qui nous intéresse ici). L. J. Mordell dans son ouvrage Diophantine Equations procède par factorisation dans N+jN (où j racine cubique complexe de l'unité).Par exemple, il remarque que x3+y3+z3=4xyz <=> (3x+3y+4z)(3xj+3yj²+4z)(3xj²+3yj+4z)=37z3.Sa connaissance de la structure de N+jN lui permet d'aboutir à certaines conclusions.
Un article très complet de  Dave_Rusin nous introduit aux courbes elliptiques qui permettent de répondre à la question
Je  joins également deux autres papiers d'Erik_Dofs  et  de Philippe_Revoy qui ont retenu mon intérêt sur cette question.