{"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "1", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $S$ un ensemble d'entiers. On dit que $S$ est insommable si, pour tous les entiers $x$ et $y$ appartenant à $S$, la somme $x+y$ n'appartient pas à $S$. Pour tout entier $n \\geqslant 1$, on note $s_{n}$ le nombre de sous-ensembles de $\\{1,2, \\ldots, 2 n\\}$ qui sont insommables.\nDémontrer que $s_{n} \\geqslant 2^{n}$.", "solution": "Soit $S$ une partie de $\\{n+1, \\ldots, 2 n\\}$. Une telle partie est insommable, puisque, pour tous les entiers $x, y$ et $z$ appartenant à $S$, on a $x+y \\geqslant 2(n+1)>2 n \\geqslant z$. Or, il existe $2^{n}$ parties de $\\{n+1, \\ldots, 2 n\\}$. On en déduit bien que $s_{n} \\geqslant 2^{n}$.\n\nNote : On peut en fait démontrer que $2^{\\mathfrak{n}+4} \\geqslant s_{n} \\geqslant 2^{\\mathfrak{n}+1}$ pour tout $n \\geqslant 3$. L'inégalité $s_{n} \\geqslant$ $2^{\\mathrm{n}+1}$ s'obtient, par exemple, comme suit.\nPour tout entier $k \\in\\{1, \\ldots, 2 \\mathfrak{n}\\}$, on note $E_{k}$ l'ensemble des parties de $\\{\\lfloor k / 2\\rfloor+1, \\ldots, k\\}$ auxquelles appartient $k$. $S i$ un ensemble $S$ appartient à $E_{k}$, alors pour tous $x$ et $y$ appartenant à $S$, on a bien $x+y \\geqslant 2\\lfloor k / 2\\rfloor+2>k=\\max S$, donc $S$ est insommable.\nOr, $E_{k}$ contient exactement $2^{k-\\lfloor k / 2\\rfloor-1}$ ensembles, et $k$ est l'élément maximum de tout ensemble $S$ appartenant à $E_{k}$, donc les ensembles $E_{k}$ sont deux à deux disjoints. Si on pose $k=2 \\ell-\\varepsilon$, avec $\\varepsilon=0$ ou $\\varepsilon=1$, on a alors $k-\\lfloor k / 2\\rfloor-1=2 \\ell-\\varepsilon-(\\ell-\\varepsilon)-1=\\ell-1$, donc $\\left|E_{k}\\right|=2^{\\ell-1}$.\nEnfin, puisque $\\boldsymbol{n} \\geqslant 3$, les ensembles $\\{1,2 \\mathfrak{n}\\}$ et $\\{2,2 \\mathfrak{n}\\}$ sont tous deux insommables, et n'appartiennent pas à $E_{2 n}$. On en déduit que\n\n$$\ns_{2 n} \\geqslant 2+\\sum_{k=1}^{2 n}\\left|E_{k}\\right|=2+\\sum_{\\ell=1}^{n}\\left|E_{2 \\ell-1}\\right|+\\left|E_{2 \\ell}\\right|=2+2 \\sum_{\\ell=1}^{n} 2^{\\ell-1}=2+2^{n+1}-2=2^{n+1} .\n$$", "metadata": {"resource_path": "French/segmented/tests/fr-2018-2019-Test-15-05-Corrigé.jsonl", "problem_match": "\nExercice 1.", "solution_match": "\nSolution de l'exercice 1"}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "2", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $m$ et $n$ deux entiers naturels. Démontrer que $n!\\neq m^{2}+2019$.", "solution": "Procédons par l'absurde, et supposons que l'on dispose de deux entiers naturels $m$ et $n$ tels que $n!=m^{2}+2019$. Tout d'abord, on sait que $n!\\geqslant 2019>6!=720$, donc que $n \\geqslant 7$. Par conséquent, $n!$ est divisible par $7!=2^{4} \\times 3^{2} \\times 5 \\times 7$, et l'on a $0 \\equiv m^{2}+2019$ $(\\bmod 7!)$.\nEn vertu de la décomposition en produit de facteurs premiers énoncée ci-dessus et du théorème Chinois, cela signifie que -2019 est un carré modulo $k$ pour tout entier $k$, parmi $2^{4}, 3^{2}$, 5 et 7 .\nOn pourrait démontrer que cela ne constitue pas une contradiction pour $k=5$ et $k=7$. En revanche, -2019 n'est pas un carré modulo 9 (ni modulo 16). En effet, si m² $\\equiv-2019 \\equiv-3$ $(\\bmod 9)$, alors 3 divise $m$, donc 9 divise $m^{2}$, qui devrait donc être congru à la fois à 0 et à -3 modulo 9.\nAinsi, dès lors que $n \\geqslant 7$, on a en fait $n!\\equiv 0 \\not \\equiv m^{2}-3 \\equiv m^{2}+2019(\\bmod 9)$, ce qui montre bien que nulle paire d'entiers naturels ( $m, n$ ) ne peut satisfaire l'équation $n!=m^{2}+2019$.\nNote : On a également $-2019 \\equiv 5(\\bmod 8)$, alors que $n^{2} \\equiv 1(\\bmod 8)$ pour tout entier $n$ impair. Ainsi, comme prévu, -2019 n'est pas un carré modulo 8 , donc modulo $2^{4}$ non plus.", "metadata": {"resource_path": "French/segmented/tests/fr-2018-2019-Test-15-05-Corrigé.jsonl", "problem_match": "\nExercice 2.", "solution_match": "\nSolution de l'exercice 2"}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "3", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $A B C$ un triangle, et soit $M$ le pied de la médiane issue de $A$. Soit également $\\ell_{\\mathrm{b}}$ la bissectrice de $\\widehat{A M B}$ et $\\ell_{c}$ la bissectrice de $\\widehat{A M C}$. Enfin, soit $B^{\\prime}$ le projeté orthogonal de $B$ sur $\\ell_{b}$, soit $C^{\\prime}$ le projeté orthogonal de $C$ sur $\\ell_{c}$, et soit $A^{\\prime}$ le point $d^{\\prime}$ intersection des droites $(A M)$ et ( $B^{\\prime} C^{\\prime}$ ).\nDémontrer que $A^{\\prime} B^{\\prime}=A^{\\prime} C^{\\prime}$.", "solution": "Soit $\\beta$ l'angle $\\widehat{A M B^{\\prime}}$ et $\\gamma$ l'angle $\\widehat{A M C^{\\prime}}$. Par construction, on sait que $2(\\beta+\\gamma)=180^{\\circ}$, donc que $\\widehat{\\mathrm{B}^{\\prime} \\mathrm{MC}^{\\prime}}=\\beta+\\gamma=90^{\\circ}$. Ainsi, la droite $\\ell_{\\mathrm{b}}=\\left(\\mathrm{MB}^{\\prime}\\right)$ est perpendiculaire aux droites $\\left(\\mathrm{BB}^{\\prime}\\right)$ et $\\ell_{c}=\\left(M C^{\\prime}\\right)$, et la droite $\\ell_{c}=\\left(M C^{\\prime}\\right)$ est perpendiculaire aux droites $\\left(C C^{\\prime}\\right)$ et $\\ell_{b}=\\left(M B^{\\prime}\\right)$.\n$D^{\\prime}$ autre part, on remarque que $\\widehat{\\mathrm{B}^{\\prime} \\mathrm{BM}}=180^{\\circ}-\\widehat{\\mathrm{BB}^{\\prime} M}-\\widehat{\\mathrm{BMB}^{\\prime}}=180^{\\circ}-90^{\\circ}-\\beta=\\gamma$ et que, de même, $\\widehat{C^{\\prime} C M}=\\beta$. Ainsi, les deux triangles $B B^{\\prime} M$ et $M C^{\\prime} C$ sont semblables. En outre, puisque $M$ est le pied de la médiane de $A B C$ issue de $A$, $c^{\\prime}$ est en fait le milieu de [BC], donc $B M=M C$. Les deux triangles $B B^{\\prime} M$ et $M C C^{\\prime}$ sont donc isométriques.\nEn particulier, on en déduit que $B B^{\\prime}=M C^{\\prime}$ et que $C C^{\\prime}=M B^{\\prime}$. Mais alors, puisque le triangle $M B^{\\prime} C^{\\prime}$ est rectangle en $M$, il a un angle et deux côtés de mêmes mesures que le triangle $B^{\\prime} M B$, et il est donc isométrique avec $B^{\\prime} M B$ et avec $C^{\\prime} C M$.\nOn en déduit notamment que\n\n$$\n\\widehat{A^{\\prime} C^{\\prime} M}=\\widehat{B^{\\prime} C^{\\prime} M}=\\widehat{M B B^{\\prime}}=\\gamma=\\widehat{A M C^{\\prime}}=\\widehat{A^{\\prime} M C^{\\prime}}\n$$\n\ndonc que le triangle $A^{\\prime} C^{\\prime} M$ est isocèle en $A^{\\prime}$. De même, le triangle $A^{\\prime} B^{\\prime} M$ est isocèle en $A^{\\prime}$, et on en conclut comme prévu que $A^{\\prime} B^{\\prime}=A^{\\prime} M=A^{\\prime} C^{\\prime}$.\n![](https://cdn.mathpix.com/cropped/2024_12_06_c5fd91a8d8cfdbddd7a0g-4.jpg?height=1014&width=1480&top_left_y=1412&top_left_x=294)", "metadata": {"resource_path": "French/segmented/tests/fr-2018-2019-Test-15-05-Corrigé.jsonl", "problem_match": "\nExercice 3.", "solution_match": "\nSolution de l'exercice 3"}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "4", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $\\mathrm{f}: \\mathbb{Z} \\mapsto \\mathbb{R}$ une fonction telle que\n\n$$\n\\mathbf{f}(\\mathrm{n}+2)=(f(n+1)+\\mathbf{f}(\\mathrm{n})) / 2\n$$\n\npour tout entier $n$. On suppose que f est bornée, c'est-à-dire qu'il existe un réel $\\mathbf{F}$ tel que $-F \\leqslant f(n) \\leqslant F$ pour tout $n$.\nDémontrer que $f$ est une fonction constante.", "solution": "Supposons que f n'est pas constante. Il existe donc un entier n et un réel $\\varepsilon \\neq 0$ tels que $f(n+1)-f(n)=\\varepsilon$.\nPour tout entier $k$, posons $\\Delta_{k}=f(k+1)-f(k)$. Alors\n\n$$\n\\Delta_{k+1}=f(k+2)-f(k+1)=(f(k+1)+f(k)) / 2-f(k+1)=-\\Delta_{k} / 2\n$$\n\net, réciproquement, $\\Delta_{\\mathrm{k}-1}=-2 \\Delta_{\\mathrm{k}}$. Une récurrence immédiate indique alors que $\\Delta_{\\mathrm{n}-\\mathrm{k}}=$ $(-2)^{k} \\varepsilon$ pour tout $k \\geqslant 0$.\nOr, pour tout entier $k$, on sait que $\\left|\\Delta_{k}\\right| \\leqslant|\\mathbf{f}(k+1)|+|f(k)| \\leqslant 2 \\mathbf{F}$. Mais ceci est incompatible avec le fait que $\\left|\\Delta_{n-k}\\right|=2^{k}|\\varepsilon|$ pout tout $k \\geqslant 0$. Notre supposition initiale était donc absurde, et $f$ est bien constante.\n\n## Exercices du groupe Senior", "metadata": {"resource_path": "French/segmented/tests/fr-2018-2019-Test-15-05-Corrigé.jsonl", "problem_match": "\nExercice 4.", "solution_match": "\nSolution de l'exercice 4"}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "5", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $A, B, C$ et $P$ quatre points du plan tels que $A B C$ soit un triangle équilatéral et que $A Pa$ tel que $q \\not \\equiv 1(\\bmod b)$. En effet, l'entier $m=\\max \\{a, b\\}!-1$ est congru à -1 $(\\bmod b)$, donc il admet nécessairement un facteur premier $q \\not \\equiv 1(\\bmod b)$, et $q$ ne peut pas diviser $\\mathrm{m}+1=\\max \\{\\mathrm{a}, \\mathrm{b}\\}!$, donc $\\mathrm{q}>\\mathrm{a}$.\nEn appliquant ce lemme deux fois de suite, on en déduit qu'il existe deux nombres premiers $q$ et $r$ tels que $q, r \\not \\equiv 1(\\bmod p)$ et $q>r>k+\\ell$. Mais alors $q$ est premier avec $\\ell$, donc $q^{\\varphi(\\ell)} \\equiv 1(\\bmod \\ell)$, et $\\varphi\\left(q^{\\varphi(\\ell)} n\\right) \\equiv \\varphi(n)(\\bmod p)$ pour tout $n \\geqslant k$.\nPuisque $q>r \\geqslant k$, on en déduit que\n\n$$\n\\begin{array}{rlr}\n(q-1) q^{\\varphi(\\ell)} & \\equiv \\varphi\\left(q^{\\varphi(\\ell)+1}\\right) \\equiv \\varphi(q) & \\equiv q-1 \\quad(\\bmod p) \\\\\n(r-1)(q-1) q^{\\varphi(\\ell)-1} & \\equiv \\varphi\\left(r q^{\\varphi(\\ell)}\\right) & \\equiv \\varphi(r)\n\\end{array}\n$$\n\nComme $q, r \\not \\equiv 1(\\bmod p), c^{\\prime}$ est que $q^{\\varphi(\\ell)} \\equiv(q-1) q^{\\varphi(\\ell)-1} \\equiv 1(\\bmod p)$, donc que $q^{\\varphi(\\ell)-1} \\equiv 0$ $(\\bmod p)$, ce qui est impossible. On a ainsi obtenu la contradiction souhaitée, ce qui conclut.\n\nNote : On peut aussi faire appel au théorème de Dirichlet, qui affirme que, pour tous les entiers $a$ et $b$ premiers entre eux, il existe une infinité de nombres premiers $q \\equiv a(\\bmod b)$. Il existe alors des nombres premiers $q_{0}>q_{1}>\\ldots>q_{d}>p+d$ congrus à $1(\\bmod p)$. Puis, si on choisit $k \\in\\{0,1\\}$ tel que $p$ ne divise pas $a_{k}$, il existe aussi un nombre premier $r$ tel que $r \\equiv 2(\\bmod p)$ et $r \\equiv k-i\\left(\\bmod q_{i}\\right)$ pour tout $i \\neq k$. Alors $p$ ne divise pas $u_{r-k}$.\n\nExercice 7 . Soit $n \\geqslant 2$ un entier. Clara dispose d'un plateau de taille $3 n \\times 3 n$, semblable à un échiquier. Elle vient d'inventer une nouvelle pièce, le léopard, qu'elle peut mouvoir comme suit : en le déplaçant d'une case vers le haut, d'une case vers la droite, ou bien d'une case en diagonale, vers le bas et la gauche. Clara a posé son léopard sur une des cases du plateau, puis elle l'a déplacé, de sorte qu'il ne passe jamais deux fois par la même case, jusqu'à ce qu'il revienne à sa case de départ.\nQuelle est le plus grand nombre possible de déplacements que Clara a pu effectuer en procédant de la sorte?", "metadata": {"resource_path": "French/segmented/tests/fr-2018-2019-Test-15-05-Corrigé.jsonl", "problem_match": "\nExercice 6.", "solution_match": "\nSolution de l'exercice 6"}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "6", "problem_type": null, "exam": "French_tests", "problem": "Soit $a_{0}, a_{1}, \\ldots, a_{d}$ des entiers tels que $\\operatorname{PGCD}\\left(a_{0}, a_{1}\\right)=1$. Pour tout entier $n \\geqslant 1$, on pose\n\n$$\nu_{n}=\\sum_{k=0}^{d} a_{k} \\varphi(n+k)\n$$\n\nDémontrer que 1 est le seul entier naturel divisant tous les entiers $u_{n}$.\nOn rappelle que $\\varphi(n+k)$ est le nombre d'entiers naturels $\\ell