Normand Laliberté (Ontario) et Juan Mir Pieras (Espagne) ont recours à des arguments semblables pour démontrer que du triangle sont soit toutes identiques ou toutes différentes. Pour N=0, le mot initial a longueur 30 + 1 = 2 lettres, et l'assertion est vraie par définition. Il est pratique de remplacer les lettres A, B, C par les entiers modulo 3. Selon l'arithmétique modulaire, la règle devient alors
Observons comment ce processus opère dans le cas du mot
x0x1x2x3 de quatre lettres:
Ainsi, le nombre -(x0 + x3) au bas du triangle ne dépend que des deux nombres x0, x3 des coins du haut du triangle. Tel que noté plus haut, x0, x3 et -(x0 + x3) sont soit tous identiques, soit tous différents.
Pour adapter ce calcul à notre démonstration par induction, il
suffit de remarquer que le triangle de hauteur 31 + 1 = 4 se décompose
en 6 triangles emboîtés de hauteur 30 + 1 = 2.
On généralise cette décomposition au triangle de hauteur
3K+1 + 1, qu'on divise en six triangles emboîtés de hauteur
3K + 1.
Ainsi, lorsque le mot du haut est x0, x1, ..., x3K+1, on retrouve -(x0 + x3K+1) au bas du triangle. Ceci complète la démonstration de l'assertion (*), selon laquelle pour toute valeur de N, les lettres aux coins du triangle sont soit toutes identiques ou toutes différentes. Il reste à démontrer que pour toute autre hauteur de triangle, la même conclusion n'est pas valide. Pour ce faire, le plus simple est de se référer à la figure précédente et de donner une suite de contre-exemples pour toutes les hauteurs intermédiaires entre 3K + 1 et 3K+1 + 1. Il reste à démontrer que pour toute autre hauteur de triangle, la même conclusion n'est pas valide. Pour ce faire, le plus simple est de se référer à la figure précédente et de donner une suite de contre-exemples pour toutes les hauteurs interm\'ediaires entre 3^K + 1 et 3K+1 + 1. Puisque le mot ABA de trois lettres donne C au bas du triangle. La figure précedente montre que tout mot de 2.3K + 1 lettres dont la première est A, celle du millieu est B et la dernière est A donne C au bas du triangle. En particulier ceci démontre que l'énoncé (*) est faux pour les triangles de hauteur 2.3K + 1. Considérons un triangle de hauteur 3K + 2, au haut duquel est placé un mot commençant par AA et se terminant par CA. Alors la ligne suivante est un mot de 3n-1 + 1 lettres commençant par A et se terminant par B, et par conséquent la lettre C est au bas du triangle. Ceci démontre que l'énoncé (*) est faux pour les triangles de hauteur 3K + 2. De même, dans un triangle de hauteur 3K + 3 au haut duquel est placé un mot commençant par AAA et se terminant par BAA la deuxième ligne est un mot de 3K + 2 lettres commençant par AA et se terminant par CA, et par conséquent la lettre C est au bas du triangle. Ceci démontre que l'énoncé (*) est faux pour les triangles de hauteur 3K + 3. Continuant ainsi, on se rend compte que pour toute hauteur de triangle allant de 3K + 2 à 2.3K, il est possible de placer au haut un mot dont la première et la dernière lettre est A, de telle sorte que la lettre C apparaisse au bas du triangle. Ceci démontre que l'énoncé (*) est faux pour toutes ces hauteurs. Par suite, il est possible de traiter les triangles de hauteur 2.3K + à 3K+1 de la même façon que les triangles de hauteur 3K + 2 à 2.3K. Dans tous les cas on se rend compte que les deux lettres des coins du haut peuvent être identiques et différer de la lettre du bas. En faisant pivoter le triangle de 120 degrés, on remarque aussi que la lettre du bas peut coïncider avec une des lettres des coins du haut sans que les trois lettres des coins ne soient identiques. On donne maintenant la solution de Juan Mir Pieras à cette partie du problème. Il a redécouvert par lui-même un théorème de Kummer (1852) avec quelques conséquences remarquables. Kummer s'intéressait à la plus grande puissance p^h d'un nombre premier qui divise un coefficient binomial . Pour déterminer ce h maximal, on écrit k et n-k en base p. Le théorème de Kummer dit alors que h est le nombre de retenues lorsqu'on effectue l'opération k + (n-k) en base p. Ce qui suit est une version plus courte de l'approche de Mir, comprenant sa démonstration du théorème de Kummer pour p = 3. On commence avec une reformulation du problème en terme d'arithmétique modulaire en base 3:
Ceci se démontre directement par induction sur n. Comme conséquence immédiate, on a
Notre but est donc de démontrer que la situation décrite en 2 se produit si et seulement si n est une puissance de 3. On note F(n) la plus grande puissance de 3 qui divise n!, c'est à dire que 3F(n) divise n! mais 3F(n) + 1 ne divise pas n!. On a alors
Nous sommes enfin en position de retourner au problème initial et démontrer la propriété désirée du triangle de Pascal modulo 3.
Selon l'étape 2, ce théoreme complète notre solution.
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