Mathematics🎓 baccalaureate goal

الأعداد والحساب (تابع) مبرهنة بيزو - مبرهنة غوص

حل مسائل في الحساب: المعادلة ⁦ax + by = c⁩

🔊 The teacher reads for you
في طريق أحمد إلى عمله ضوءان ثلاثيا الألوان: الأوّل يعود إلى الأخضر كلّ 90 ثانية، و الثاني كلّ 95 ثانية، و بينهما 875 مترا يقطعها في 70 ثانية. يريد أحمد أن يصل إلى الضوء الثاني في اللحظة نفسها التي يمرّ فيها إلى الأخضر، فيجد نفسه أمام معادلة بمجهولين اثنين، لا تقبل من الحلول إلّا الأعداد الصحيحة: فعدد المرّات لا يكون كسرا. فمتى تقبل معادلة من هذا النوع حلولا صحيحة، و كيف نعيّنها كلّها دون أن ننسى واحدا؟

الشرط يُختبر في سطر واحد: يجب أن يقسم القاسم المشترك الأكبر للمعاملين الطرف الثاني للمعادلة. إن لم يقسمه، فلا حلّ أصلا و ينتهي التمرين في سطرين. و إن قسمه، فالحلول لا نهائية، و تُكتب كلّها بعبارتين تتعلّقان بعدد صحيح كيفيّ k. و الطريق إليها ثابت: حلّ خاصّ واحد، ثمّ مبرهنة غوص، ثمّ تحقّق عكسيّ.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • معرفة الشرط الضروري و الكافي لوجود حلول صحيحة
  • تعيين حلّ خاصّ بخوارزمية إقليدس الصاعدة
  • استنتاج كلّ الحلول بمبرهنة غوص ثمّ التحقّق عكسيا
  • حلّ المعادلة بطريقة ثانية، بالموافقات
  • معالجة الحالة التي لا تقبل فيها المعادلة أيّ حلّ
  • توظيف الطريقة في وضعية مأخوذة من الواقع
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • القسمة الإقليدية و خوارزمية إقليدس لحساب القاسم المشترك الأكبر
  • مبرهنة بيزو، و معنى معاملَي بيزو لعددين
  • مبرهنة غوص و خاصيتاها
  • الموافقات في ℤ و حلّ ترديدة من الدرجة الأولى بدراسة كلّ البواقي

1. متى تقبل المعادلة حلولا في ℤ²؟

ليكن a و b عددين صحيحين غير معدومين، و c عددا صحيحا. ندرس المعادلة ذات المجهول الثنائي، أي أنّنا نبحث عن الثنائيات الصحيحة وحدها. الجواب كامل، و هو شرط ضروريّ و كافٍ في آن واحد. ⚖️ و نسمّي القاسم المشترك الأكبر للمعاملين بالحرف g، لا بالحرف d، لأنّ الحرف d محجوز في هذا الدرس لمجهول تمرين البكالوريا في آخره.

المعادلة المدروسة
a x + b y = c
aمعامل المجهول الأوّل، عدد صحيح غير معدومbمعامل المجهول الثاني، عدد صحيح غير معدومcالطرف الثاني للمعادلة، عدد صحيح
شرط الوجود: المعادلة تقبل حلولا في ℤ² إذا و فقط إذا كان القاسم المشترك الأكبر للعددين a و b يقسم العدد c.
⚠️شرط الوجود
PGCD(a ; b) | c

البرهان، و هو اتّجاهان. نبدأ بالاتّجاه المباشر: نفترض أنّ حلّا موجود، و نستنتج الشرط.

🔹الخطوة 1: تسمية القاسم المشترك الأكبر
g = PGCD(a ; b)
🔹الخطوة 2: القاسم يقسم المعامل الأوّل
g | a
🔹الخطوة 3: و يقسم المعامل الثاني
g | b
🔹الخطوة 4: إذن يقسم كلّ تركيب خطّي لهما

ما يقسم عددين يقسم كلّ عبارة من الشكل «مضاعف للأوّل زائد مضاعف للثاني». هذه هي خاصية التركيب الخطّي.

g | (a x + b y)
✅النّتيجة الأولى: الشرط ضروريّ

لأنّ التركيب الخطّي في السطر السابق يساوي c بالضبط، بحكم المعادلة.

g | c

و الآن الاتّجاه العكسي: نفترض الشرط محقّقا، و نبني حلّا صريحا. هنا تتدخّل مبرهنة بيزو، و هي التي تجعل الشرط كافيا.

🔹الخطوة 5: ترجمة الفرضية العكسية

العدد g يقسم c، إذن يوجد عدد صحيح c' يحقّق هذه المساواة.

c = g c'
🔹الخطوة 6: علاقة بيزو للعددين

من نتائج مبرهنة بيزو: يوجد دائما عددان صحيحان u و v يعطيان القاسم المشترك الأكبر على هذا الشكل.

a u + b v = g
🔹الخطوة 7: نضرب الطرفين في c'
a u c' + b v c' = g c'
✅النّتيجة الثانية: الشرط كافٍ

الطرف الأيمن يساوي c بحكم الخطوة 5، إذن هذه الثنائية الصحيحة حلّ فعليّ للمعادلة. و هكذا يصير الشرط ضروريا و كافيا معا.

(x ; y) = (u c' ; v c')
⚠️ انتبه إلى صياغة الشرط. يكفي أن تكتب أنّ القاسم المشترك الأكبر يقسم الطرف الثاني، و لا حاجة إلى إضافة حالة «المعاملان أوليان فيما بينهما»: إن كانا كذلك فقاسمهما المشترك الأكبر هو 1، و العدد 1 يقسم كلّ شيء. الحالة الأولى محتواة في الثانية، و كتابتهما معا تكرار لا يزيد شيئا.

الشكل المقابل يلخّص القرار كلّه: اختبار واحد في الأعلى، و فرعان لا ثالث لهما.

اختبار واحد يفصل بين معادلة بلا حلّ و معادلة بما لا نهاية من الحلول، و بعده الطريق واحد لا يتغيّر.

2. الطريقة، في خمس خطوات ثابتة

هذه الخطوات لا تتغيّر من تمرين إلى آخر. احفظ ترتيبها، فهو نفسه في كلّ مواضيع البكالوريا التي تحمل معادلة بمجهولين في ℤ².

  1. اختبار الوجود: نحسب القاسم المشترك الأكبر للمعاملين، و ننظر هل يقسم الطرف الثاني. إن لم يقسمه، نكتب أنّ المجموعة خالية و ينتهي التمرين.
  2. التبسيط: نقسم المعادلة كلّها على هذا القاسم المشترك الأكبر، حتّى يصير المعاملان أوليين فيما بينهما. بدون هذه الخطوة لا يجوز استعمال غوص.
  3. الحلّ الخاصّ: نعيّن ثنائية واحدة تحقّق المعادلة، بالنظر إن كانت بسيطة، و بخوارزمية إقليدس الصاعدة إن لم تكن كذلك.
  4. الطرح طرفا بطرف: نطرح المساواة الخاصّة من المعادلة، فيختفي الطرف الثاني و نعود إلى شكل «جداء يساوي جداء». ثمّ نطبّق مبرهنة غوص.
  5. التحقّق العكسي: نعوّض الشكل العامّ في المعادلة و نتأكّد أنّه يحقّقها مهما كان k. هذه الخطوة جزء من الحلّ، لا زيادة عليه.
مثال 1: معاملان أوليان فيما بينهما

المعادلة معطاة في المجموعة ℤ²، و k يرمز دائما إلى عدد صحيح كيفيّ.

🎯المطلوب: حلّ في ℤ² المعادلة ذات المجهول الثنائي ⁦7 x + 12 y = 5⁩.

🔹الخطوة 1: القاسم المشترك الأكبر

نحسب القاسم المشترك الأكبر: العدد 7 أوّليّ و لا يقسم 12.

PGCD(7 ; 12) = 1
🔹الخطوة 2: اختبار الوجود

العدد 1 يقسم كلّ عدد، إذن الشرط محقّق و الحلول موجودة.

1 | 5
🔹الخطوة 3: القسمة الإقليدية الأولى

ننزل بخوارزمية إقليدس حتّى نبلغ الباقي 1: القسمة الأولى.

12 = 7 × 1 + 5
🔹الخطوة 4: القسمة الإقليدية الثانية

القسمة الثانية، على الباقي الأوّل.

7 = 5 × 1 + 2
🔹الخطوة 5: القسمة الإقليدية الثالثة

القسمة الثالثة: نبلغ الباقي 1، فنتوقّف.

5 = 2 × 2 + 1
🔹الخطوة 6: عزل الباقي الأخير

⭐ الصعود: نعزل الباقي 1 من آخر قسمة، ثمّ نعوّض البواقي واحدا واحدا صعودا.

1 = 5 − 2 × 2
🔹الخطوة 7: عزل الباقي السابق

نعزل الباقي 2 من القسمة التي قبلها.

2 = 7 − 5
🔹الخطوة 8: التعويض الأوّل

نعوّضه في مساواة الخطوة 6.

1=5 − 2 × (7 − 5)
🔹الخطوة 9: النشر

ننشر و نجمع الحدود المتشابهة.

1=3 × 5 − 2 × 7
🔹الخطوة 10: عزل الباقي الأوّل

نعزل الآن الباقي 5 من القسمة الأولى.

5 = 12 − 7
🔹الخطوة 11: التعويض الثاني

نعوّضه بدوره.

1=3 × (12 − 7) − 2 × 7
🔹الخطوة 12: علاقة بيزو

ننشر مرّة أخيرة: ها هي علاقة بيزو للعددين 7 و 12.

1=3 × 12 − 5 × 7
🔹الخطوة 13: إعادة الترتيب

نعيد ترتيبها على شكل المعادلة المدروسة.

7 × (−5) + 12 × 3=1
🔹الخطوة 14: الضرب في الطرف الثاني

⛔ لا تنسَ الضرب في الطرف الثاني: علاقة بيزو تعطي 1، و المعادلة تطلب 5.

7 × (−25) + 12 × 15=5
🔹الخطوة 15: الحلّ الخاصّ

هذه إذن ثنائية تحقّق المعادلة: هي الحلّ الخاصّ.

(x0 ; y0) = (−25 ; 15)
🔹الخطوة 16: الطرح طرفا بطرف

نطرح المساواة الخاصّة من المعادلة طرفا بطرف: الطرف الثاني 5 يختفي.

7 (x + 25) + 12 (y − 15)=0
🔹الخطوة 17: الشكل الجدائي

ننقل أحد الحدّين لنحصل على «جداء يساوي جداء».

7 (x + 25) = 12 (15 − y)
🔹الخطوة 18: القسمة على الجداء

العدد 12 يقسم الطرف الأيمن، إذن يقسم الطرف الأيسر.

12 | 7 (x + 25)
🔹الخطوة 19: تطبيق مبرهنة غوص

⭐ باب غوص: العدد 12 أوليّ مع 7، إذن يقسم العامل الآخر.

12 | (x + 25)
🔹الخطوة 20: المجهول الأوّل

نترجم القسمة إلى كتابة، ثمّ نعزل المجهول الأوّل.

x = 12 k − 25
🔹الخطوة 21: التعويض

نعوّض في مساواة الخطوة 17.

7 × 12 k = 12 (15 − y)
🔹الخطوة 22: المجهول الثاني

نبسّط بالعدد 12 غير المعدوم، ثمّ نعزل المجهول الثاني.

y = 15 − 7 k
🔹الخطوة 23: التحقّق العكسي — النشر

التحقّق العكسي: ننشر أوّلا.

7 (12 k − 25) + 12 (15 − 7 k)=84 k − 175 + 180 − 84 k
🔹الخطوة 24: التحقّق العكسي — التبسيط

الحدّان بالمعامل k متعاكسان فيختفيان، و يبقى فرق العددين.

84 k − 175 + 180 − 84 k=5
✅النّتيجة: مجموعة الحلول
(x ; y) = (12 k − 25 ; 15 − 7 k) ; k ∈ ℤ
⭐ الحلّ الخاصّ ليس وحيدا، و مجموعة الحلول لا تتغيّر. بالنظر وحده تجد الثنائية البسيطة التي مجموع مضاعفيها 5؛ لو انطلقت منها لوجدت المجموعة نفسها بكتابة أخرى — و هي تُستخرج من كتابتنا بأخذ ⁦k = 2⁩. لا تقلق إذن إن اختلفت كتابتك عن كتابة زميلك: تحقّق فقط أنّ إحداهما تُستخرج من الأخرى بإزاحة k.
مثال 2: معاملان غير أوليين فيما بينهما

نعمل في ℤ²، و المعاملان هنا ليسا أوليين فيما بينهما: هذا هو الفرق الوحيد مع المثال السابق، و هو يضيف خطوة واحدة في البداية.

🎯المطلوب: حلّ في ℤ² المعادلة ذات المجهول الثنائي ⁦20 x − 45 y = 5⁩.

🔹الخطوة 1: القاسم المشترك الأكبر

نحسب القاسم المشترك الأكبر للمعاملين. هنا هو 5، لأنّ العددين مضاعفان للعدد 5.

PGCD(20 ; 45) = 5
🔹الخطوة 2: اختبار الوجود

و العدد 5 يقسم الطرف الثاني 5. الشرط محقّق، إذن الحلول موجودة.

5 | 5
🔹الخطوة 3: القسمة على القاسم المشترك الأكبر

⛔ الخطوة التي لا يجوز القفز فوقها: نقسم المعادلة كلّها على 5، و إلّا امتنع استعمال غوص لأنّ 20 و 45 ليسا أوليين فيما بينهما.

4 x − 9 y = 1
🔹الخطوة 4: الأوليّة فيما بينهما

نتأكّد أنّ المعاملين الجديدين أوليان فيما بينهما: هذا هو مربح الخطوة السابقة.

PGCD(4 ; 9) = 1
🔹الخطوة 5: القسمة الإقليدية

قسمة إقليدية واحدة تكفي هنا لبلوغ الباقي 1.

9 = 4 × 2 + 1
🔹الخطوة 6: علاقة بيزو

نعزل الباقي 1: ها هي علاقة بيزو مباشرة.

1 = 9 − 2 × 4
🔹الخطوة 7: إعادة الترتيب

نعيد ترتيبها على شكل المعادلة المبسّطة.

4 × (−2) − 9 × (−1)=1
🔹الخطوة 8: الحلّ الخاصّ

الحلّ الخاصّ إذن جاهز، و لا حاجة إلى ضربه في شيء لأنّ الطرف الثاني هو 1.

(x0 ; y0) = (−2 ; −1)
🔹الخطوة 9: الطرح طرفا بطرف

نطرح طرفا بطرف.

4 (x + 2) − 9 (y + 1)=0
🔹الخطوة 10: الشكل الجدائي

ننقل الحدّ الثاني.

4 (x + 2) = 9 (y + 1)
🔹الخطوة 11: القسمة على الجداء

العدد 9 يقسم الطرف الأيمن، إذن يقسم الطرف الأيسر.

9 | 4 (x + 2)
🔹الخطوة 12: تطبيق مبرهنة غوص

⭐ غوص: العدد 9 أوليّ مع 4.

9 | (x + 2)
🔹الخطوة 13: المجهول الأوّل

نترجم و نعزل.

x = 9 k − 2
🔹الخطوة 14: التعويض

نعوّض في مساواة الخطوة 10.

4 × 9 k = 9 (y + 1)
🔹الخطوة 15: المجهول الثاني

نبسّط بالعدد 9 ثمّ نعزل.

y = 4 k − 1
🔹الخطوة 16: التحقّق العكسي — النشر

⛔ التحقّق العكسي يُنجز على المعادلة الأصلية، لا على المبسّطة. ننشر أوّلا.

20 (9 k − 2) − 45 (4 k − 1)=180 k − 40 − 180 k + 45
🔹الخطوة 17: التحقّق العكسي — التبسيط

الحدّان بالمعامل k متعاكسان فيختفيان.

180 k − 40 − 180 k + 45=5
✅النّتيجة: مجموعة الحلول
(x ; y) = (9 k − 2 ; 4 k − 1) ; k ∈ ℤ
⛔ الخطأ الأكثر تكلفة في هذا الدرس: تطبيق مبرهنة غوص قبل القسمة على القاسم المشترك الأكبر. لو كتبت مباشرة أنّ 45 يقسم الجداء ⁦20 (x + 2)⁩، فلا يمكنك الانتقال إلى «45 يقسم ⁦x + 2⁩»، لأنّ 45 و 20 ليسا أوليين فيما بينهما — و شرط غوص غير محقّق. القسمة على القاسم المشترك الأكبر هي التي تفتح الباب.
مثال 3: معادلة لا تقبل أيّ حلّ

نعمل دائما في ℤ². هذه المرّة الاختبار الأوّل وحده يكفي، و التمرين ينتهي في خمسة أسطر.

🎯المطلوب: ناقش وجود حلول في ℤ² للمعادلة ⁦6 x − 8 y = 9⁩، ثمّ استنتج مجموعة الحلول.

🔹الخطوة 1: القاسم المشترك الأكبر

نحسب القاسم المشترك الأكبر للمعاملين: العددان زوجيان و لا يشتركان في أكثر من 2.

PGCD(6 ; 8) = 2
🔹الخطوة 2: تعميل الطرف الأوّل

نعمّل الطرف الأوّل: العامل 2 مشترك بين الحدّين.

6 x − 8 y = 2 (3 x − 4 y)
🔹الخطوة 3: الطرف الأوّل زوجيّ دائما

مهما كانت الثنائية الصحيحة المختارة، الطرف الأوّل يبقى زوجيا.

2 | (6 x − 8 y)
🔹الخطوة 4: الطرف الثاني فرديّ

و الطرف الثاني فرديّ: باقي قسمته على 2 هو 1.

9 = 2 × 4 + 1
🔹الخطوة 5: الشرط غير محقّق

عدد زوجيّ لا يساوي أبدا عددا فرديا: الشرط غير محقّق.

2 ∤ 9
✅النّتيجة: المجموعة خالية
S = ∅
⚖️ ابدأ دائما بالاختبار. كثير من التلاميذ يشرعون في خوارزمية إقليدس ثمّ يضيعون عشر دقائق قبل أن يكتشفوا أنّ المعادلة بلا حلّ. سطران في البداية يوفّران ذلك كلّه.

3. طريقة ثانية: حلّ المعادلة بالموافقات

للمعادلة نفسها طريق ثانٍ، لا يمرّ بخوارزمية إقليدس أصلا: نقرأ المعادلة بترديد أحد المعاملين. الحدّ الذي يحمل هذا المعامل يصير معدوما، فتبقى ترديدة بمجهول واحد، و نحن نعرف حلّها بدراسة كلّ البواقي الممكنة.

مثال 4: الحلّ بالموافقات

نعمل في ℤ². نتحقّق أوّلا من الثنائية ⁦(7 ; 4)⁩، ثمّ نقود الحلّ بالموافقات.

🎯المطلوب: تحقّق من أنّ الثنائية ⁦(7 ; 4)⁩ حلّ، ثمّ عيّن كلّ حلول المعادلة ⁦5 x − 8 y = 3⁩.

🔹الخطوة 1: التحقّق من الثنائية

نبدأ بالتحقّق من الثنائية المقترحة: هي حلّ خاصّ يُعطى في نصّ التمرين.

5 × 7 − 8 × 4=35 − 32=3
🔹الخطوة 2: عزل الحدّ

نعزل الحدّ الذي يحمل المعامل 8.

5 x = 3 + 8 y
🔹الخطوة 3: القراءة بترديد 8

⭐ الحركة الأساسية: نقرأ المساواة بترديد 8، فيصير الحدّ ⁦8 y⁩ معدوما.

5 x ≡ 3 [8]
🔹الخطوة 4: الباقي الذي يوافق 3

لحلّ هذه الترديدة ندرس كلّ البواقي الممكنة للمجهول بترديد 8، و هي ثمانية لا غير.

5 × 7=35=4 × 8 + 3
🔹الخطوة 5: حلّ الترديدة

الجدول أسفل هذا المثال يبيّن أنّ الباقي 7 هو الوحيد الذي يعطي 3.

x ≡ 7 [8]
🔹الخطوة 6: المجهول الأوّل

نترجم الترديدة إلى كتابة صريحة.

x = 8 k + 7
🔹الخطوة 7: التعويض

نعوّض في المعادلة الأصلية لنستخرج المجهول الثاني.

5 (8 k + 7) − 3 = 8 y
🔹الخطوة 8: النشر

ننشر و نحسب.

40 k + 32 = 8 y
🔹الخطوة 9: المجهول الثاني

نبسّط بالعدد 8.

y = 5 k + 4
🔹الخطوة 10: التحقّق العكسي — النشر

التحقّق العكسي، و هو إجباريّ هنا أيضا. ننشر أوّلا.

5 (8 k + 7) − 8 (5 k + 4)=40 k + 35 − 40 k − 32
🔹الخطوة 11: التحقّق العكسي — التبسيط

الحدّان بالمعامل k متعاكسان فيختفيان.

40 k + 35 − 40 k − 32=3
✅النّتيجة: مجموعة الحلول
(x ; y) = (8 k + 7 ; 5 k + 4) ; k ∈ ℤ
⭐ أيّ ترديد نختار؟ الترديد هو معامل المجهول الذي نريد التخلّص منه. هنا اخترنا 8 لنُسقط الحدّ الذي يحمل y؛ لو اخترنا 5 لأسقطنا الحدّ الذي يحمل x و لحصلنا على الحلّ نفسه بكتابة أخرى.

و هذا هو الجدول الذي يقود الخطوة 5: نحسب مضاعفات 5 بترديد 8 من أجل كلّ البواقي الممكنة، فنجد أنّ الباقي 3 لا يظهر إلّا مرّة واحدة.

📌المعطى: كلّ البواقي الممكنة بترديد 8
باقي المجهول بترديد 801234567
باقي مضاعفه بالعدد 5 بترديد 805274163
الباقي المطلوب لا يظهر إلّا في خانة واحدة: هذا ما يجعل الحلّ وحيدا بترديد 8.
⚖️ الطريقتان تعطيان المجموعة نفسها، و لكلّ واحدة مقامها. الموافقات أسرع حين يكون أحد المعاملين صغيرا و بواقيه سهلة الحساب؛ و خوارزمية إقليدس الصاعدة لا غنى عنها حين يكون المعاملان كبيرين، لأنّ جدول البواقي يصير عندئذ طويلا جدّا.

4. آلة الحلّ الخاصّ: معاملا بيزو بخوارزمية إقليدس

حين يكون المعاملان كبيرين، لا يمكن «رؤية» حلّ خاصّ. توجد آلة تعطيه دائما: ننجز قسمات إقليدس المتتابعة، و نحتفظ في كلّ سطر بمعاملي الباقي. القسمة المتتابعة تُكتب كالآتي، حيث كلّ سطر يقسم الباقي السابق على الذي يليه.

القسمات الإقليدية المتتابعة
rn=qn+2 rn+1 + rn+2
rnالباقي ذو الرتبة n في سلسلة القسماتqnحاصل القسمة ذو الرتبة n

و كلّ باقٍ يُكتب بدلالة العددين الأصليين. نسمّي معاملَيه، ثمّ نلاحظ أنّهما يخضعان لنفس العلاقة التراجعية التي تخضع لها البواقي.

كتابة كلّ باقٍ بدلالة العددين
rn = un a + vn b
العلاقة التراجعية للمعامل الأوّل
un+2=un − qn+2 un+1
العلاقة التراجعية للمعامل الثاني
vn+2=vn − qn+2 vn+1

و الانطلاقة بديهية: العدد الأوّل يساوي نفسه، و العدد الثاني كذلك.

الحدّان الأوّلان للمعامل الأوّل
u0 = 1 ; u1 = 0
الحدّان الأوّلان للمعامل الثاني
v0 = 0 ; v1 = 1
مثال 5: معاملا بيزو لعددين كبيرين

العددان المدروسان هما 745 و 385.

🎯المطلوب: عيّن القاسم المشترك الأكبر للعددين 745 و 385، ثمّ أوجد معاملَي بيزو لهما.

🔹الخطوة 1: القسمة الإقليدية الأولى

القسمة الأولى: العدد الأكبر على الأصغر.

745 = 1 × 385 + 360
🔹الخطوة 2: القسمة الثانية

نقسم الآن العدد الأصغر على الباقي الأوّل.

385 = 1 × 360 + 25
🔹الخطوة 3: القسمة الثالثة

و هكذا دواليك: كلّ سطر يقسم الباقي السابق على الذي يليه.

360 = 14 × 25 + 10
🔹الخطوة 4: القسمة الرابعة

القسمة الرابعة.

25 = 2 × 10 + 5
🔹الخطوة 5: القسمة الخامسة

القسمة الخامسة: الباقي ينعدم، فنتوقّف.

10 = 2 × 5 + 0
🔹الخطوة 6: القاسم المشترك الأكبر

آخر باقٍ غير معدوم هو القاسم المشترك الأكبر.

PGCD(745 ; 385) = 5
🔹الخطوة 7: المعامل الأوّل عند الرتبة 2

⭐ ننتقل إلى المعاملات. نطبّق العلاقة التراجعية بحاصل القسمة الأوّل.

u2=u0 − 1 × u1=1
🔹الخطوة 8: المعامل الأوّل عند الرتبة 3

و بالحاصل الثاني.

u3=u1 − 1 × u2=−1
🔹الخطوة 9: المعامل الأوّل عند الرتبة 4

و بالحاصل الثالث، و هو 14.

u4=u2 − 14 × u3=15
🔹الخطوة 10: المعامل الأوّل عند الرتبة 5

و بالحاصل الرابع، و هو 2. هذه هي الرتبة التي يقابلها الباقي 5.

u5=u3 − 2 × u4=−31
🔹الخطوة 11: المعامل الثاني عند الرتبة 2

نعيد العمل نفسه للمعامل الثاني، بنفس الحواصل و نفس الترتيب.

v2=v0 − 1 × v1=−1
🔹الخطوة 12: المعامل الثاني عند الرتبة 3

الرتبة الثالثة.

v3=v1 − 1 × v2=2
🔹الخطوة 13: المعامل الثاني عند الرتبة 4

الرتبة الرابعة، بالحاصل 14.

v4=v2 − 14 × v3=−29
🔹الخطوة 14: المعامل الثاني عند الرتبة 5

الرتبة الخامسة، بالحاصل 2.

v5=v3 − 2 × v4=60
🔹الخطوة 15: التحقّق بالحساب

نتحقّق: المعاملان عند الرتبة 5 يجب أن يعطيا الباقي 5، و هو القاسم المشترك الأكبر.

−31 × 745 + 60 × 385=−23095 + 23100
✅النّتيجة: معاملا بيزو
−31 × 745 + 60 × 385=5
⭐ رتّب عملك في جدول ذي أربعة أعمدة: الرتبة، حاصل القسمة، المعامل الأوّل، المعامل الثاني. الخطأ الوحيد الممكن في هذه الآلة هو استعمال الحاصل في السطر الخطأ — و الجدول يمنع ذلك تماما.

و هذا هو الجدول نفسه، مكتملا. كلّ سطر يحمل رتبته، و حاصل القسمة الذي استُعمل للانتقال إليه، و الباقي المحصل عليه، و معامليه.

✅النّتيجة: سلسلة القسمات و معاملاتها
الرتبةحاصل القسمة المستعملالعدد الموافقالمعامل الأوّلالمعامل الثاني
0—74510
1—38501
213601⁦−1⁩
3125⁦−1⁩2
4141015⁦−29⁩
525⁦−31⁩60
62077⁦−149⁩
السطر الذي يحمل آخر باقٍ غير معدوم هو الذي يحمل معاملَي بيزو المطلوبين.
⚠️ لا تقرأ السطر الأخير. المعاملان المطلوبان هما معاملا آخر باقٍ غير معدوم، لا معاملا الباقي المعدوم الذي يليه. السطر الأخير موجود ليقول لك «توقّف»، و لا شيء آخر.

5. المعادلة في موضوع بكالوريا

نطبّق الآن الطريقة كاملة على معادلة بمعاملين كبيرين، مأخوذة من موضوع بكالوريا. لاحظ أنّ السؤال لا يكتفي بمجموعة الحلول: يطلب بعدها عددا وحيدا داخل مجال معيّن، و هذه هي الحركة النهائية التي تُنقّط.

مثال 6: معادلة و شرط وحدانية

المعادلة معطاة في ℤ². ثمّ يُطلب عددان طبيعيان غير معدومين d و e، حيث d محصور بين 0 و 226، يحقّقان المساواة ⁦109 d = 1 + 226 e⁩.

🎯المطلوب: حلّ في ℤ² المعادلة ⁦109 x − 226 y = 1⁩، ثمّ بيّن أنّه يوجد عدد وحيد d محصور بين 0 و 226 مع العدد e المرفق به.

🔹الخطوة 1: القسمة الإقليدية الأولى

خوارزمية إقليدس: القسمة الأولى.

226 = 2 × 109 + 8
🔹الخطوة 2: القسمة الثانية

القسمة الثانية.

109 = 13 × 8 + 5
🔹الخطوة 3: القسمة الثالثة

القسمة الثالثة.

8 = 1 × 5 + 3
🔹الخطوة 4: القسمة الرابعة

القسمة الرابعة.

5 = 1 × 3 + 2
🔹الخطوة 5: القسمة الخامسة

القسمة الخامسة: الباقي 1، فنتوقّف.

3 = 1 × 2 + 1
🔹الخطوة 6: القاسم المشترك الأكبر

آخر باقٍ غير معدوم هو 1: المعاملان أوليان فيما بينهما، إذن الحلول موجودة.

PGCD(226 ; 109) = 1
🔹الخطوة 7: الجداء الأوّل

نتحقّق من الحلّ الخاصّ الذي يقترحه الموضوع. الجداء الأوّل.

109 × 141 = 15369
🔹الخطوة 8: الجداء الثاني

الجداء الثاني.

226 × 68 = 15368
🔹الخطوة 9: الحلّ الخاصّ

الفرق بينهما يساوي 1: الثنائية حلّ خاصّ فعلا.

109 × 141 − 226 × 68=1
🔹الخطوة 10: الطرح طرفا بطرف

نطرح طرفا بطرف.

109 (x − 141) − 226 (y − 68)=0
🔹الخطوة 11: الشكل الجدائي

ننقل الحدّ الثاني للحصول على الشكل الجدائي.

109 (x − 141) = 226 (y − 68)
🔹الخطوة 12: القسمة على الجداء

العدد 226 يقسم الطرف الأيمن، إذن يقسم الطرف الأيسر.

226 | 109 (x − 141)
🔹الخطوة 13: تطبيق مبرهنة غوص

⭐ غوص، بعد التذكير بالأوليّة فيما بينهما المثبتة في الخطوة 6.

226 | (x − 141)
🔹الخطوة 14: المجهول الأوّل

نترجم و نعزل المجهول الأوّل.

x = 226 k + 141
🔹الخطوة 15: التعويض

نعوّض في مساواة الخطوة 11.

109 × 226 k = 226 (y − 68)
🔹الخطوة 16: المجهول الثاني

نبسّط بالعدد 226 غير المعدوم، ثمّ نعزل المجهول الثاني.

y = 109 k + 68
🔹الخطوة 17: التحقّق العكسي — النشر

التحقّق العكسي: ننشر أوّلا، و المعامل المشترك للحدّين بالمعامل k هو جداء العددين.

109 (226 k + 141) − 226 (109 k + 68)=24634 k + 15369 − 24634 k − 15368
🔹الخطوة 18: التحقّق العكسي — التبسيط

الحدّان بالمعامل k متعاكسان فيختفيان، و يبقى فرق الجدائين.

24634 k + 15369 − 24634 k − 15368=1
✅النّتيجة الأولى: مجموعة الحلول

مجموعة الحلول كاملة.

(x ; y) = (226 k + 141 ; 109 k + 68) ; k ∈ ℤ
🔹الخطوة 19: الشرط المفروض

ننتقل إلى سؤال الوحدانية: نكتب الشرط المفروض على المجهول الأوّل.

0 < 226 k + 141 ≤ 226
🔹الخطوة 20: الحصر بعد الطرح

نطرح 141 من الأطراف الثلاثة.

−141 < 226 k ≤ 85
🔹الخطوة 21: العدد الصحيح الوحيد

نقسم على 226 الموجب: المجال لا يحتوي إلّا على عدد صحيح واحد.

k = 0
✅النّتيجة الثانية: العددان المطلوبان
(d ; e) = (141 ; 68)
⚖️ سؤال الوحدانية يُحلّ دائما بحصر k. اكتب الشرط المفروض، اطرح الثابت، اقسم على المعامل الموجب، ثمّ عُدّ الأعداد الصحيحة في المجال. إن وجدت أكثر من واحد فراجع حسابك: نصّ الموضوع يقول «وحيد».
⭐ هذه المعادلة ليست تمرينا مجرّدا. العددان 141 و 68 يحقّقان أنّ جداء 109 في 141 يوافق 1 بترديد 226، و العدد 226 هو 227 ناقص واحد حيث 227 عدد أوّليّ. هذه بالضبط علاقة زوج من المفاتيح في التشفير ذي المفتاح العمومي، ذلك الذي يحمي معاملاتك البنكية.

6. العودة إلى الضوءين

نغلق الدرس بالوضعية التي فتحته. و نحلّها خطوة بخطوة، بنفس الطريقة التي تعلّمتها.

مثال 7: لحظة المرور أمام الضوءين

📌المعطيات: دورا الضوءين 90 و 95 ثانية، المسافة بينهما 875 مترا، و السرعة المتوسطة 45 كيلومترا في الساعة أي 12,5 مترا في الثانية. المبدأ هو منتصف الليل، و الضوءان ينتقلان إلى الأخضر معا في تلك اللحظة.

🎯المطلوب: السائق يمرّ أمام الضوء الأوّل لحظة انتقاله إلى الأخضر. عيّن، بين الساعة السابعة و السابعة و النصف، لحظات مروره أمام الضوء الأوّل التي تجعله يصل إلى الضوء الثاني في اللحظة نفسها التي يمرّ فيها إلى الأخضر.

🔹الخطوة 1: دور الضوء الأوّل

لحظات مرور الضوء الأوّل إلى الأخضر هي مضاعفات دوره، و دوره مجموع مدّتي الأخضر و الأحمر.

50 + 40 = 90
🔹الخطوة 2: دور الضوء الثاني

و بنفس الحساب للضوء الثاني.

40 + 55 = 95
🔹الخطوة 3: لحظة الانطلاق

إذا مرّ السائق أمام الضوء الأوّل في المرّة رقم u، فاللحظة هي مضاعف الدور.

t = 90 u
🔹الخطوة 4: تحويل السرعة

نحوّل السرعة من الكيلومتر في الساعة إلى المتر في الثانية: ألف متر مقابل 3600 ثانية.

450003600 = 12,5
🔹الخطوة 5: مدّة الطريق

مدّة الطريق بين الضوءين هي المسافة مقسومة على السرعة.

87512,5 = 70
🔹الخطوة 6: شرط الوصول

يصل إلى الضوء الثاني بعد 70 ثانية، و يجب أن تكون لحظة الوصول هي المرور رقم v زائد واحد.

t + 70 = 95 (v + 1)
🔹الخطوة 7: التعويض

نعوّض لحظة الانطلاق و ننشر الطرف الأيمن.

90 u + 70 = 95 v + 95
🔹الخطوة 8: المعادلة

ننقل الحدود: ها هي معادلة بمجهولين صحيحين.

90 u − 95 v = 25
🔹الخطوة 9: اختبار الوجود

نحسب القاسم المشترك الأكبر للمعاملين: هو 5، و هو يقسم 25، إذن الحلول موجودة.

PGCD(90 ; 95) = 5
🔹الخطوة 10: التبسيط

نقسم المعادلة كلّها على 5 قبل أيّ شيء آخر.

18 u − 19 v = 5
🔹الخطوة 11: إضافة العدد نفسه إلى الطرفين

⭐ حيلة: نضيف ⁦19 v + 90⁩ إلى الطرفين، فيصير كلّ طرف قابلا للتعميل، و نستغني عن البحث عن حلّ خاصّ.

18 u + 90 = 19 v + 95
🔹الخطوة 12: الشكل الجدائي

نعمّل: العدد 90 هو ⁦18 × 5⁩، و العدد 95 هو ⁦19 × 5⁩.

18 (u + 5) = 19 (v + 5)
🔹الخطوة 13: القسمة على الجداء

العدد 19 يقسم الطرف الأيمن، إذن يقسم الطرف الأيسر.

19 | 18 (u + 5)
🔹الخطوة 14: الأوليّة فيما بينهما

العدد 19 أوّليّ و لا يقسم 18، إذن هما أوليان فيما بينهما.

PGCD(18 ; 19) = 1
🔹الخطوة 15: تطبيق مبرهنة غوص

⭐ غوص.

19 | (u + 5)
🔹الخطوة 16: عدد المرور الأوّل

نترجم و نعزل عدد المرور الأوّل.

u = 19 k − 5
🔹الخطوة 17: التعويض

نعوّض في مساواة الخطوة 12.

18 × 19 k = 19 (v + 5)
🔹الخطوة 18: عدد المرور الثاني

نبسّط بالعدد 19 غير المعدوم، ثمّ نعزل عدد المرور الثاني.

v = 18 k − 5
🔹الخطوة 19: اللحظة بدلالة k

نعود إلى اللحظة: نضرب عدد المرور الأوّل في الدور 90.

t = 1710 k − 450
🔹الخطوة 20: المجال بالثواني

السائق يريد المرور بين السابعة و السابعة و النصف: نحوّل الحدّين إلى ثوانٍ.

25200 ≤ 1710 k − 450 ≤ 27000
🔹الخطوة 21: حصر k

نحصر k: قيمتان صحيحتان لا غير تدخلان المجال.

k = 15 ; k = 16
🔹الخطوة 22: اللحظة الأولى بالثواني

القيمة الأولى تعطي لحظة مستديرة تماما.

1710 × 15 − 450 = 25200
✅النّتيجة الأولى: اللحظة الأولى

و هي الساعة السابعة تماما.

25200 = 7 × 3600
🔹الخطوة 23: اللحظة الثانية بالثواني

و القيمة الثانية تعطي اللحظة الثانية.

1710 × 16 − 450 = 26910
🔹الخطوة 24: من الثواني إلى الساعات و الدقائق

نحوّل اللحظة إلى ساعات و دقائق بقسمتين إقليديتين متتاليتين: نقسم أوّلا على 3600، ثمّ نقسم الباقي 1710 على 60.

26910 = 7 × 3600 + 1710 ; 1710 = 28 × 60 + 30
✅النّتيجة الثانية: اللحظة الثانية
26910=7 × 3600 + 28 × 60 + 30
⚖️ لا تخلط بين سؤالين متشابهين. «متى يمرّ الضوءان إلى الأخضر في آن واحد؟» سؤال عن المضاعف المشترك الأصغر للدورين. أمّا «متى يمرّ الثاني إلى الأخضر عند وصولي إليه؟» فسؤال عن معادلة بمجهولين، لأنّ زمن الطريق يفصل بين الحدثين. الجوابان مختلفان، و هذا طبيعيّ.
⛔ في البكالوريا، تمرين المعادلة بمجهولين في ℤ² يُنقّط على خمس حركات مكتوبة: ① حساب القاسم المشترك الأكبر و اختبار قسمته للطرف الثاني ② القسمة عليه إن لم يكن 1 ③ تعيين حلّ خاصّ، بالتحقّق إن أُعطي و بخوارزمية إقليدس الصاعدة إن لم يُعطَ ④ جملة صريحة تقول إنّ المعاملين أوليان فيما بينهما قبل استعمال غوص — و هي الجملة التي تسقط من أغلب الأوراق ⑤ التحقّق العكسي مكتوبا. ⚖️ و إن طُلب عدد وحيد في مجال، أنهِ دائما بحصر k و عدّ الأعداد الصحيحة داخله.
الخلاصة: المعادلة ذات المجهولين الصحيحين تقبل حلولا إذا و فقط إذا كان القاسم المشترك الأكبر للمعاملين يقسم الطرف الثاني — و إن قبلت حلّا واحدا قبلت ما لا نهاية منها. الطريق ثابت: نختبر، نقسم على القاسم المشترك الأكبر، نعيّن حلّا خاصّا بخوارزمية إقليدس الصاعدة، نطرحه طرفا بطرف للعودة إلى شكل جدائيّ، ثمّ نطبّق مبرهنة غوص و ننهي بتحقّق عكسيّ. و للمعادلة نفسها طريق ثانٍ بالموافقات: نقرأها بترديد أحد المعاملين، فتصير ترديدة بمجهول واحد. و في الطريقين، الأوليّة فيما بينهما هي شرط الدخول، و التحقّق العكسي هو شرط الخروج.

Page 1/11

© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net