Mathématiques Expertes Terminale

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Nombres complexes
Ch. 1
Nombres complexes, point de vue algébrique
Ch. 2
Nombres complexes, point de vue géométrique
Arithmétique
Ch. 3
Divisibilité dans Z
Ch. 5
Nombres premiers
Graphes et matrices
Ch. 6
Calcul matriciel et applications aux graphes
Ch. 7
Suites et matrices
Annexes
Cahier d'algorithmique et de programmation
Chapitre 4
TP / TICE 2

Établir un calendrier

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Énoncé
Dans le calendrier julien, les années sont divisées en 365 jours et on ajoute un jour tous les quatre ans (années bissextiles). Cependant, ce calendrier entraîne un décalage non négligeable avec le comportement des astres sur plusieurs siècles.

Questions préliminaires :
On estime qu'une année est composée de 365,2422 jours. On pose \text{A} = 365 + \dfrac{2~422}{10~000}.
Le choix optimal serait donc de rajouter 2~422 jours sur chaque période de 10~000 ans.
Pour obtenir une méthode plus pratique, on écrit le développement en fractions continues de \text{A} : on pose \text{q}_0 = 365, \text{r}_0 = 10~000 et \text{r}_1 = 2~422 et on définit, par divisions euclidiennes successives, les suites d'entiers (q_n) et (r_n) telles que, pour tout n \geqslant 1, r_{n-1} = r_n \times q_n + r_{n+1} et 0 \leqslant r_{n+1} < r_n.
Pour finir, on définit la suite (\text{A}_n), pour tout entier naturel n, par \text{A}_0 = q_0 + \dfrac{1}{q_1}, \text{A}_1 = q_0 + \dfrac{1}{q_1 + \dfrac{1}{q_2}} , etc.
Les termes \text{A}_n sont appelés développement en fractions continues.

1. a. Vérifier que q_1 = 4 et r_2 = 312 et en déduire la valeur de \text{A}_0.

b. Déterminer q_2 et en déduire une valeur approchée de \text{A}_1 à 10^{-2} près.

2. a. Justifier alors le choix du calendrier julien.

b. Quelle est l'erreur commise chaque année avec cette méthode ? Chaque siècle ?

c. Les années multiples de 4 sont‑elles toutes bissextiles ? Comment justifier ce choix ?
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Objectif
Obtenir et interpréter un développement en fractions continues afin de déterminer plusieurs approximations d'un même nombre à l'aide d'une des deux méthodes.
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Méthode 1
Python

On donne l'algorithme en Python ci-dessous correspondant au calendrier choisi par les Perses.

Placeholder pour PyhtonPyhton
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1. Quelle est la nature des variables q et r créées en début de programme ? Pourquoi a‑t‑on choisi ce type de variables plutôt que des variables numériques ?

2. Que représentent les nombres int(r[i]/r[i+1]) et r[i]-r[i+1]*int(r[i]/r[i+1]) ?

3. Interpréter le résultat affiché après exécution : combien de jours les Perses ajoutaient‑ils sur combien d'années ?

4. Modifier ce programme afin qu'il affiche l'erreur commise et le nombre d'années au bout desquelles l'erreur atteint un jour entier (appelé « validité »).

from fractions import*
q = [365]r = [10000, 2422]
for i in range(3): 
	q.append(int(r[i]/r[i+1])) 
  r.append(r[i]-r[i+1]*int(r[i]/r[i+1]))
B = Fraction(1, q[1] + Fraction(1, q[2] + Fraction(1, q[3])))
print(B)
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Méthode 2
Tableur

1. Charger la feuille de calcul . Quelles formules doit-on entrer en A3 et en B4 afin de déterminer les dix premiers termes des suites (q_n) et (r_n) ?

2. Afin de calculer les valeurs approchées de \text{A} sans entrer à la main les formules de chaque fraction continue, on a entré dans les colonnes C et D les formules qui calculent le numérateur et le dénominateur des fractions \text{A}_0 ; \text{A}_1 ; \text{A}_2 ; …
Expliquer pourquoi la formule =C2-365*D2 entrée en F2 permet de remplir la colonne F puis interpréter les résultats de la ligne 5 correspondant à l'approximation choisie par les Perses.

3. On appelle validité le nombre d'années au bout desquelles l'erreur atteint un jour entier. Remplir les colonnes G et H en arrondissant les résultats de la colonne H à l'entier. Interpréter les résultats affichés ligne 11.
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Pour aller plus loin

Écrire la fraction continue \text{A}_3 donnée par les valeurs q_0 à q_4.
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