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Nombre puissant

En mathématiques, un nombre puissant est un entier naturel m non nul tel que, pour chaque nombre premier p divisant m, p2 divise aussi m ou, ce qui est équivalent, m est un carré, un cube ou le produit d'un carré par un cube. Ces nombres ont été étudiés entre autres par Erdős, Szekeres et Golomb.

144 000 est un nombre puissant. Tous les exposants de sa décomposition en facteurs premiers sont supérieurs ou égaux à deux. Il est le produit d'un cube et d'un carré.

Les 26 premiers termes de cette suite d'entiers (suite A001694 de l'OEIS) sont :

1, 4, 8, 9, 16, 25, 27, 32, 36, 49, 64, 72, 81, 100, 108, 121, 125, 128, 144, 169, 196, 200, 216, 225, 243, 256.

Équivalence des deux définitions

Pour tout nombre premier p, notons kp l'exposant (éventuellement nul) de p dans la décomposition en facteurs premiers de m. La première définition équivaut à :

aucun kp n'est égal à 1

et la seconde à :

tous les kp sont de la forme 2up + 3vp avec up et vp entiers naturels.

La seconde implique donc clairement la première. La réciproque se vérifie facilement en prenant vp égal à 0 ou 1, selon la parité de kp.

Propriétés

Décomposition

La décomposition d'un nombre puissant en produit d'un cube et d'un carré n'est pas unique dès lors qu'une des puissances dans sa décomposition en facteur premier vaut 6 ou est supérieure ou égale à 8. En effet peut être lu comme le carré de ou le cube de .

Cependant, pour un nombre puissant ni cube, ni carré, la décomposition d'un nombre puissant sous la forme , où est un entier sans facteur carré, est unique.

Répartition

Il existe une infinité de nombres puissants mais aucun de la forme 2(2p+1).

La somme des inverses des nombres puissant converge est la fonction zêta de Riemann[1].

Stabilité

Le produit de deux nombres puissants est un nombre puissant[2].

Nombres puissants consécutifs

Il existe une infinité de paires de nombres puissants consécutifs comme (8,9) ou (288,289). On peut en générer autant que l'on veut à l'aide d'une équation de Pell-Fermat[3]. Si est solution de alors et est un couple de nombres puissants consécutifs. En 1970, on ne connaissait qu'un seul couple de nombres puissants consécutifs dont aucun n'est un carré[2] : le couple .

Plus généralement, en 1982, Wayne L. McDaniel a démontré que tout nombre entier peut s'écrire d'une infinité de façons comme la différence de deux nombres puissants[4].

Concernant une suite de trois nombres puissants consécutifs, il est conjecturé mais non encore démontré, qu'il n'en existerait pas[5].

Une suite de quatre nombres puissants consécutifs ne peut pas exister car parmi 4 entiers consécutifs, l'un est nécessairement le double d'un nombre impair et ne peut donc pas être puissant[3].

Références

  1. Golomb 1970, p. 848;849.
  2. Golomb 1970, p. 851.
  3. Golomb 1970, p. 850.
  4. Wayne L. McDaniel, « Representations of Every Integer as the Difference of Powerful Numbers », Fibonacci Quartely, vol. 9, no 1, (lire en ligne)
  5. (en) Eric W. Weisstein, « Powerful Number », sur MathWorld

Bibliographie

Liens externes

(en) Eric W. Weisstein, « Powerful Number », sur MathWorld

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