Arithmétique modulaire
Guide
La première partie de ce document est une introduction de l'anneau 
à partir des congruences.
La deuxième partie met l'accent sur quelques résolutions de problèmes
où l'utilisation des congruences est fondamentale ou simplement pratique.
Ce document n'a aucune prétention à être complet ni même achevé. On espère qu'il
peut être utile ainsi.
  
  
Définition et opérations algébriques
  
  
Définition
Définition
Une 
classe de congruence modulo 
est un sous-ensemble de 
 de la forme
 
 
avec 
 un entier.
L'ensemble des classes de congruences modulo 
 est noté 
. On note aussi
 
.
Un entier 
 est appelé un 
représentant  de la
classe 
 si 
 et 
 sont congrus modulo 
.
 
Exemple
- 
Les classes 
 et 
 sont égales.
 - 
Les classes 
 et 
 sont différentes.
 - 
L'entier 
 est un représentant de la classe 
.
 
On choisit en général les représentants entre 0 et 
,
ce qui est toujours 
  
  possible.
Le reste de la division euclidienne de 
 par 
 est
bien un représentant de 
 mod 
 qui est compris entre 0 et 
.
Mais il est quelquefois commode de prendre les représentants entre 
et 
 et même de les prendre quelconques.
Exercice
Classes
Exemple pour plus tard
Il est quand même
plus facile de calculer la puissance 
-ième de la classe 
 en utilisant
le représentant de cette classe qu'est -1. Ainsi :
 
 
.
 
  
  
Opérations 
Définition.
On définit les 
opérations algébriques d'addition,
soustraction, multiplication  par
 
Mais nous écrirons souvent 
 mod 
, par exemple
 
, 
 
 et même
 
, 
.
 
 
Théorème.
 est un anneau commutatif.
Exercices
- 
Opérations
,
 - 
Carrés
 - 
Somme et produit
 
 
  
  
Table d'addition
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Voici la table d'addition dans 
:
| + | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 
|---|
| 0 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 
|---|
| 1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 
|---|
| 2 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 
|---|
| 3 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 
|---|
| 4 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 
|---|
| 5 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 
|---|
| 6 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 
|---|
| 7 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 
|---|
| 8 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 
|---|
| 9 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 
|---|
| 10 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 
|---|
| 11 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 
|---|
| 12 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 
|---|
| 13 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 
|---|
| 14 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 
|---|
| 15 | 15 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 
|---|
| 16 | 16 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 
|---|
| 17 | 17 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 
|---|
| 18 | 18 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 
|---|
  
  
Table de multiplication
 
 
   
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
    
     
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
   
    
     
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
    
     
 
    
  
Voici la table de multiplication dans 
 :
  |  0 |  1 |  2 |  3 |  4 |  5 |  6 |  7 |  8 |  9 |  10 |  11 |  12 |  13 | 
|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 
|---|
| 1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 
|---|
| 2 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 
|---|
| 3 | 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 1 | 4 | 7 | 10 | 13 | 2 | 5 | 8 | 11 | 
|---|
| 4 | 0 | 4 | 8 | 12 | 2 | 6 | 10 | 0 | 4 | 8 | 12 | 2 | 6 | 10 | 
|---|
| 5 | 0 | 5 | 10 | 1 | 6 | 11 | 2 | 7 | 12 | 3 | 8 | 13 | 4 | 9 | 
|---|
| 6 | 0 | 6 | 12 | 4 | 10 | 2 | 8 | 0 | 6 | 12 | 4 | 10 | 2 | 8 | 
|---|
| 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 0 | 7 | 
|---|
| 8 | 0 | 8 | 2 | 10 | 4 | 12 | 6 | 0 | 8 | 2 | 10 | 4 | 12 | 6 | 
|---|
| 9 | 0 | 9 | 4 | 13 | 8 | 3 | 12 | 7 | 2 | 11 | 6 | 1 | 10 | 5 | 
|---|
| 10 | 0 | 10 | 6 | 2 | 12 | 8 | 4 | 0 | 10 | 6 | 2 | 12 | 8 | 4 | 
|---|
| 11 | 0 | 11 | 8 | 5 | 2 | 13 | 10 | 7 | 4 | 1 | 12 | 9 | 6 | 3 | 
|---|
| 12 | 0 | 12 | 10 | 8 | 6 | 4 | 2 | 0 | 12 | 10 | 8 | 6 | 4 | 2 | 
|---|
| 13 | 0 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 
|---|
Les zéros ont été mis en rouge. Pouvez-vous comparer le nombre de zéros avec
le nombre de facteurs premiers de 
?
  
  
Inverses et diviseurs de zéro
  
  
Existence d'un inverse pour la multiplication
Théorème.
Soit un entier 
 premier à 
.
Alors 
 est inversible dans 
, c'est-à-dire qu'il existe 
 tel que
 
 .
 
 En fait, il s'agit d'une 
    
  équivalence :
Théorème.
Soit un entier 
. Alors
 est inversible dans 
 si et seulement si 
 est premier à 
.
La démonstration donne aussi un moyen de
  
  calcul de cet inverse.
 L'entier 
 est premier avec 
 si et seulement s'il existe
 et 
 dans 

 tels que 
 
 
Donc,
- si 
 est premier avec 
, il existe un entier 
 tel que
 et 
 est inversible dans 
.
 
- Si 
 est inversible dans 
, il existe un entier 
 tel que
.
Par définition de la congruence, cela signifie qu'il existe un entier 
 tel que
 et on a 
, donc 
 et 
 sont premiers entre eux.
 
 
Exemple
Exercices
- 
Inverse : 
1
2
3
 - Division :
I
II
III
 
 
  
  
Exemples
Exemple
Prenons 
 :
 
| a=0  |   
  
 | 
| a=1  |   
  
 | 
| a=2  |   
  
 | 
| a=3  |   
  
 | 
| a=4  |   
  
 | 
| a=5  |   
  
 | 
Lorsque 
 n'a pas d'inverse, on voit qu'il est alors 
 diviseur de zéro,
c'est-à-dire que
 
 pour un entier 
.
Exemple
Pour 
 
  
| a=0  | 
  | a=12  | 
 
 | 
  
 | a=1  | 
 |  
a=13  | 
 
 | 
  
| a=2  | 
  | a=14  | 
 
 | 
  
| a=3  | 
  | a=15  | 
 
 | 
  
| a=4  | 
  | a=16  | 
 
 | 
  
 | a=5  | 
 |  
a=17  | 
 
 | 
  
| a=6  | 
  | a=18  | 
 
 | 
  
 | a=7  | 
 |  
a=19  | 
 
 | 
  
| a=8  | 
  | a=20  | 
 
 | 
  
| a=9  | 
  | a=21  | 
 
 | 
  
| a=10  | 
  | a=22  | 
 
 | 
  
 | a=11  | 
 |  
a=23  | 
 
 | 
 
  
  
Cas où n est premier
Théorème.
Si 
 est un nombre premier, tout nombre non nul dans 
 a un inverse.
Démonstration.
Comme 
 est premier, il est premier avec tout nombre qu'il ne divise pas,
c'est-à-dire avec tout nombre dont la classe de congruence modulo 
 n'est pas nul.
On applique alors le 
  
  théorème:
Théorème.
Soit un entier 
. Alors
 est inversible dans 
 si et seulement si 
 est premier à 
.
 
Exercices
- 
Puissance
 - 
Calcul de puissances : 
I
II
 
 
  
  
Diviseurs de 0
Lorsque 
 n'a pas d'inverse, on voit qu'il est alors
diviseur de zéro, c'est-à-dire que
 
 pour un entier 
.
Proposition.
Dans 
, 
 est un diviseur de zéro si et seulement si 
n'est pas premier avec 
.
  
  Démonstration.
- 
Si 
 est diviseur de zéro, il n'est pas inversible donc d'après le
  
  théorème
Théorème.
Soit un entier 
. Alors
 est inversible dans 
 si et seulement si 
 est premier à 
.
,
il n'est pas premier avec 
.
 - 
Si 
 n'est pas premier avec 
, soit 
 le pgcd de 
 et de 
.
Soit 
 le quotient de 
 par 
; on a
, 
 et 
.
Donc
 mod 
. La classe de 
 modulo 
 est non nulle, car
 est un diviseur strict de 
.
 
 
 
Exemple
Pour 
 
  
  
 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
  | 
| 
 | 
 |  
 | 
 
 | 
  
  
 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
  | 
| 
 | 
 |  
 | 
 
 | 
  
  
 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
  | 
| 
 | 
 |  
 | 
 
 | 
  
  
 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 
  
  
 
  | 
| 
 | 
 |  
 | 
 
 | 
 
Exercices
Diviseurs de zéro
1
2
3
  
  
Résolution de quelques problèmes
  
  
Résolution de l'équation linéaire 
La question est de trouver tous les entiers 
 vérifiant l'équation
 
.
On peut adopter plusieurs points de vue selon qu'on est à l'aise
ou non dans l'anneau 
.
Première étape :
L'équation 
 a une solution
si et seulement si le pgcd 
 de 
 et de 
 divise 
.
Dans ce cas, on divise l'équation par 
 (y compris 
)
et on est ramené au cas où 
 et 
 sont premiers entre eux.
Deuxième étape :
- 
  
  Première méthode : travailler dans 
il s'agit de trouver les entiers 
 tels qu'il existe
un entier 
 vérifiant
 
 
ou encore
 
 
On s'est donc ramené à résoudre une équation de Bezout. Elle a une solution
car on a supposé que 
 et 
 sont premiers entre eux.
 
 
-  
  
  Deuxième méthode : travailler dans 
Comme 
 et 
 sont premiers entre eux, il existe
 et 
 tel que 
. En particulier, il existe un entier
 tel que 
. On multiplie l'équation
 par 
,
ce qui donne
 
et donc comme 
 
et on a résolu le problème. 
 
En fait il s'agit de la démonstration de ce que
 est inversible dans 
 et que si 
, 
est l'inverse de 
 dans 
. 
L'avantage sur la première méthode : on n'a pas besoin de demander
l'existence de 
 tel que ... Il est caché dans
le 
 : on se souvient que 
 signifie en fait
.
Exercice rapide
Équation linéaire modulaire
Exercice
Équation linéaire
  
  
Petit théorème de Fermat
Théorème.
Soit 
 un nombre premier impair. Alors pour tout entier 
,
 
.
On en déduit le 
    
  théorème de Fermat :
Théorème.
Soit 
 un nombre premier impair. Alors pour tout entier 
 premier à 
,
 
. 
 
Théorème.
Soit 
 un nombre premier impair. Soit 
 un entier premier à 
. Alors,
- 
il existe un plus petit entier
 tel que 
,
cet entier est un diviseur de 
 ;
 - les entiers 
 vérifiant 
sont exactement les multiples de 
.
 
 
 Par le petit théorème de Fermat, l'ensemble des entiers 
strictement positifs vérifiant 
 est non vide
car il contient 
. Il admet donc un plus petit élément. Notons-le 
.
Faisons la division euclidienne de 
 par 
 :
 avec 
 entier positif 
. On a
 
 
d'où 
 
 
Donc, par minimalité de 
, 
 est soit plus grand que 
, soit nul.
Donc 
 est nul, et 
 divise 
.
 
  
  
Résolution d'équations du type 
Il faut quand même préciser qui est l'inconnue ! Cela peut être 
 ou 
.
On prend 
 un nombre premier.
- 
Les équations du type 
 peuvent être traitées en utilisant
le 
  
  Théorème de Fermat
Théorème.
Soit 
 un nombre premier impair. Alors pour tout entier 
 premier à 
,
 
. 
 
 et ses conséquences :
Les solutions  de cette équation sont les multiples d'un diviseur de 
 à trouver.
On prend donc tous les diviseurs de 
 et on les essaye !
(on peut quand même réfléchir au moyen de ne pas faire trop de calculs :
si 
 n'est pas congru à 1 modulo 
, pas la peine d'essayer 
 ou 
 ).
 - 
Les équations du type 
 avec 
 premier
à 
 et 
 premier à 
 : on va utiliser là encore le fait que
. Pour cela, comme 
 et 
sont premiers entre eux, on calcule l'identité de Bezout associée :
 
 
On a
 
et on a résolu l'équation.
 
Exercice
Équation multiplicative
Exercice
Équation multiplicative II
  
  
Équation diophantienne linéaire à 3 inconnues
Soient 
,
, 
 et 
 quatre entiers. On désire résoudre l'équation
 
en entiers. Les étapes de résolution peuvent être les suivantes :
- 
Étape 1: se ramener au cas où 
 sont premiers entre eux :
 
  
  Explication
On commence par calculer le pgcd 
des entiers 
.
L'équation a une solution si et seulement si 
 divise
.
Dans ce cas, on peut diviser tous les coefficients par cet entier,
ce qui nous ramène au cas où ce pgcd est 1.
 - 
Étape 2 :Lorsque 
, 
, 
 sont premiers entre eux, on se ramène
au cas où deux des coefficients sont premiers entre eux :
  
  Explication
 Soit 
 le pgcd de 
 et 
 . On pose 
,
 avec 
 et 
 premiers entre eux.
Si 
 est une solution de l'équation, on a
 
 
 
.
 
Comme 
 et 
 sont premiers entre eux, il existe un entier 
 tel que
 et la congruence est équivalente à
 
Ainsi, si on choisit 
 un représentant de 
 , on a
  
 et
  
 avec 
.
 On pose 
 avec 
.
L'équation devient
 
c'est-à-dire
 
avec maintenant 
 et 
 premiers entre eux.
 
 
- 
Étape 3 :
Supposons 
 et 
 premiers entre eux. On cherche (et trouve) une solution
particulière avec 
, ce qui revient à résoudre l'équation
 :
  
  Explication
 Pour cela, on calcule des entiers 
 et 
tels que 
 par l'algorithme d'Euclide.
Une solution particulière est alors donnée par
 
. 
 
 
 - 
Étape 4 : Supposons 
 et 
 premiers entre eux.
On cherche les solutions de l'équation
 .
  
  Explication
L'équation est équivalente à
 
La discussion dans le cas de deux variables (en considérant 
 comme fixé)
implique que si 
 et 
 sont des entiers tels que 
,
 et 
 s'écrivent sous la forme
 
c'est-à-dire matriciellement
 
 
 - 
Étape 5 :Supposons 
 et 
 premiers entre eux et
. La solution générale de l'équation 
 est donnée
de manière matricielle par
avec 
 et 
 appartenant à 
.
 
  
  
Une équation diophantienne non linéaire sans solution
 On désire montrer que
l'équation 
 n'a pas de solutions entières.
-  Soit 
 un
nombre premier impair. Montrer que si l'équation
 
 a une solution, alors
 
 est congru à 
.
  
  Solution
 Ici, 
 est impair, donc 
 est divisible par 2.
 Si -1 
 
 mod 
, alors 
.
La dernière congruence est le petit
  
  théorème de Fermat.
Théorème.
Soit 
 un nombre premier impair. Alors pour tout entier 
 premier à 
,
 
. 
 Donc 
 est pair,
ce qui signifie que 
.
 
 - 
Supposons qu'il existe des entiers 
 et 
 tels
que 
.
- 
 Montrer que 
 est impair.
 
  
  Solution
Si 
 est pair, 
, ce qui est impossible
 car tout carré est pair ou congru à 
.
 
 - 
 Montrer que le produit d'entiers congrus à 
 est
congru à 
.
  
  Solution
Si les nombres 
 sont congrus à
, on a
.
 
 - 
Factoriser 
 sous la forme 
. Montrer qu'il existe
un nombre premier 
 congru à 
 divisant 
. En déduire qu'il
existe un nombre premier congru à 
 et divisant 
.
  
  Solution
 On a 
,
donc 
. Comme 
 est impair,
, 
, 
donc 
 est congru à 
. D'après la question précédente,
il existe un nombre premier 
 divisant
 
 et congru à 
. Comme il divise 
, il divise aussi
 
.
 
 
 
 
- Conclure.
  
  Solution
 Soit des entiers 
 et 
 tels que
 
. On a trouvé un nombre premier 
 divisant 
 et congru à 3 mod 4. Pour ce nombre premier,
 
. 
 Donc  
 est un carré modulo  
, ce qui est absurde, car
 
 est congru à 
.
 
 
 
 
  
  
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Thèmes
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