Multiples, diviseurs et nombres premiers
Seconde Générale et Technologique
A-02

Nombres premiers

On dit qu'un nombre entier naturel est un nombre premier (ou est premier) s'il admet exactement deux diviseurs : $1$ et lui-même.
Liste des nombres premiers inférieurs à $30$ :
$2$, $3$, $5$, $7$, $11$, $13$, $17$, $19$, $23$, $29$
Justifez chacune des propositions.
  1. $0$ n'est pas un nombre premier.
  2. $1$ n'est pas un nombre premier.
  3. $77$ n'est pas un nombre premier.
  4. $111$ n'est pas un nombre premier.
  5. $2$ est le seul nombre premier pair.
  6. Le produit de deux nombres premiers n'est pas un nombre premier.
  1. Tout nombre non-nul est un diviseur de $0$.

    Donc $0$ n'est pas un nombre premier.

  2. Le nombre $1$ n'a qu'un seul diviseur : lui-même.

    Donc $1$ n'est pas un nombre premier.

  3. Le nombre $77$ admet les diviseurs $1$, $7$, $11$ et $77$.

    Donc $77$ n'est pas un nombre premier.

  4. Le nombre $111$ est divisible par $3$ car la somme de ses chiffres est un multiple de $3$.

    $111$ est donc divisible par au moins trois diviseurs : $1$, $3$ et $111$.

    Donc $111$ n'est pas un nombre premier.

  5. Soit $n$ un nombre pair plus grand que $2$.

    Alors $n$ est divisible par au moins trois diviseurs : $1$, $2$ et $n$.

    Donc $n$ n'est pas un nombre premier.

  6. Soient $p$ et $q$ deux nombres premiers.

    Alors $pq$ est divisible par au moins trois diviseurs : $1$, $p$ et $pq$.

    Donc $pq$ n'est pas un nombre premier.

Montrez que la proposition suivante est fausse : « Si $n$ est un entier naturel non nul, alors $6n+1$ est un nombre premier. »

Il suffit de trouver un contre-exemple.

On a $6n+1=7$ pour $n=1$.

On a $6n+1=13$ pour $n=2$.

On a $6n+1=19$ pour $n=3$.

On a $6n+1=25$ pour $n=4$.

$25$ n'est pas un nombre premier car il est divisible par au moins trois diviseurs : $1$, $5$ et $25$.

Donc la proposition est fausse.

Tout entier naturel $n$ plus grand ou égal à $2$ est soit premier, soit le produit de nombres premiers. Cette décomposition est unique à l'ordre près des facteurs.
Pour décomposer un nombre en produit de facteurs premiers, on peut procéder de plusieurs manières  :
Décomposer en produit de facteurs premiers : Q1
Décomposez les nombres suivants en produit de facteurs premiers.
  1. $51$
  2. $58$
  3. $65$
  4. $87$
  5. $95$
  1. $18$
  2. $28$
  3. $45$
  4. $75$
  5. $98$
  1. $165$
  2. $231$
  3. $275$
  4. $154$
  1. $40$
  2. $60$
  3. $100$
  4. $140$
  5. $580$
  1. $24$
  2. $36$
  3. $54$
  4. $56$
  5. $81$
  1. $32$
  2. $48$
  3. $72$
  4. $108$
  5. $162$
  1. $51 = 3 \times 17$
  2. $58 = 2 \times 29$
  3. $65 = 5 \times 13$
  4. $87 = 3 \times 29$
  5. $95 = 5 \times 19$
  1. $18 = 2 \times 3^2$
  2. $28 = 2^2 \times 7$
  3. $45 = 3^2 \times 5$
  4. $75 = 3 \times 5^2$
  5. $98 = 2 \times 7^2$
  1. $165 = 3 \times 5 \times 11$
  2. $231 = 3 \times 7 \times 11$
  3. $275 = 5^2 \times 11$
  4. $154 = 2 \times 7 \times 11$
  1. $40 = 2^3 \times 5$
  2. $60 = 2^2 \times 3 \times 5$
  3. $100 = 2^2 \times 5^2$
  4. $140 = 2^2 \times 5 \times 7$
  5. $580 = 2^2 \times 5 \times 29$
  1. $24 = 2^3 \times 3$
  2. $36 = 2^2 \times 3^2$
  3. $54 = 2 \times 3^3$
  4. $56 = 2^3 \times 7$
  5. $81 = 3^4$
  1. $32 = 2^5$
  2. $48 = 2^4 \times 3$
  3. $72 = 2^3 \times 3^2$
  4. $108 = 2^2 \times 3^3$
  5. $162 = 2 \times 3^4$
Pour dresser la liste des diviseurs d'un nombre, on peut procéder de la manière suivante :
  1. On décompose le nombre en produit de facteurs premiers.
  2. On écrit tous les diviseurs possibles en combinant les facteurs premiers.
Donnez la liste des diviseurs de chacun des nombres suivants.
  1. $6$
  2. $8$
  3. $10$
  4. $15$
  5. $4$
  6. $9$
  7. $25$
  8. $49$
  9. $12$
  10. $18$
  11. $20$
  12. $45$
  1. Liste des diviseurs de $6$ : $1$, $2$, $3$, $6$
  2. Liste des diviseurs de $8$ : $1$, $2$, $4$, $8$
  3. Liste des diviseurs de $10$ : $1$, $2$, $5$, $10$
  4. Liste des diviseurs de $15$ : $1$, $3$, $5$, $15$
  1. Liste des diviseurs de $4$ : $1$, $2$, $4$
  2. Liste des diviseurs de $9$ : $1$, $3$, $9$
  3. Liste des diviseurs de $25$ : $1$, $5$, $25$
  4. Liste des diviseurs de $49$ : $1$, $7$, $49$
  1. Liste des diviseurs de $12$ : $1$, $2$, $3$, $4$, $6$, $12$
  2. Liste des diviseurs de $18$ : $1$, $2$, $3$, $6$, $9$, $18$
  3. Liste des diviseurs de $20$ : $1$, $2$, $4$, $5$, $10$, $20$
  4. Liste des diviseurs de $45$ : $1$, $3$, $5$, $9$, $15$, $45$
Pour déterminer le plus grand diviseur commun de deux nombres, on peut procéder de deux manières :
Déterminer le plus grand diviseur commun : Q1
Quel est le plus grand diviseur commun des nombres suivants ?
  1. $12$ et $18$
  2. $20$ et $30$
  3. $24$ et $36$
  4. $45$ et $75$
  1. Les diviseurs de $12$ sont $1$, $2$, $3$, $4$, $6$ et $12$ et les diviseurs de $18$ sont $1$, $2$, $3$, $6$, $9$ et $18$.

    Le plus grand diviseur commun de $12$ et $18$ est $6$.

  2. Les diviseurs de $20$ sont $1$, $2$, $4$, $5$, $10$ et $20$ et les diviseurs de $30$ sont $1$, $2$, $3$, $5$, $6$, $10$, $15$ et $30$.

    Le plus grand diviseur commun de $20$ et $30$ est $10$.

  3. Les diviseurs de $24$ sont $1$, $2$, $3$, $4$, $6$, $8$, $12$ et $24$ et les diviseurs de $36$ sont $1$, $2$, $3$, $4$, $6$, $9$, $12$, $18$ et $36$.

    Le plus grand diviseur commun de $24$ et $36$ est $12$.

  4. Les diviseurs de $45$ sont $1$, $3$, $5$, $9$, $15$, $45$ et les diviseurs de $75$ sont $1$, $3$, $5$, $15$, $25$, $75$.

    Le plus grand diviseur commun de $45$ et $75$ est $15$.

Quel est le plus grand diviseur commun des nombres suivants ?
  1. $2^3\times3^2\times5$ et $2^2\times3^3\times7$
  2. $3^4\times5^2\times7$ et $2^3\times3^3\times5$
  1. Il suffit de regarder les exposants des nombres premiers communs aux deux nombres :

    Le plus grand diviseur commun de $2^3\times3^2\times5$ et $2^2\times3^3\times7$ est $2^2\times3^2$.

  2. Il suffit de regarder les exposants des nombres premiers communs aux deux nombres :

    Le plus grand diviseur commun de $3^4\times5^2\times7$ et $2^3\times3^3\times5$ est $3^3\times5$.

Pour déterminer le plus petit multiple commun de deux nombres, on peut procéder de la manière suivante : on regarde un par un les multiples de l'un des deux nombres ( de préférence le plus grand) jusqu'à trouver un multiple commun à l'autre nombre.
Déterminer le plus petit multiple commun : Q1
Quel est le plus petit multiple commun non nul des nombres suivants ?
  1. $12$ et $18$
  2. $20$ et $30$
  3. $24$ et $36$
  4. $45$ et $75$
  1. $8$ et $10$
  2. $12$ et $15$
  3. $18$ et $20$
  4. $24$ et $30$
  1. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $18$ n'est pas un multiple de $12$.

    $36$ est un multiple de $12$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $12$ et $18$ est $36$.

  2. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $30$ n'est pas un multiple de $20$.

    $60$ est un multiple de $20$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $20$ et $30$ est $60$.

  3. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $36$ n'est pas un multiple de $24$.

    $72$ est un multiple de $24$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $24$ et $36$ est $72$.

  4. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $75$ n'est pas un multiple de $45$.

    $90$ est un multiple de $45$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $45$ et $75$ est $90$.

  1. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $10$ n'est pas un multiple de $8$.

    $20$ n'est pas un multiple de $8$.

    $30$ n'est pas un multiple de $8$.

    $40$ est un multiple de $8$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $8$ et $10$ est $40$.

  2. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $15$ n'est pas un multiple de $12$.

    $30$ est un multiple de $12$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $12$ et $15$ est $30$.

  3. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $20$ n'est pas un multiple de $18$.

    $40$ est un multiple de $18$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $18$ et $20$ est $40$.

  4. Regardons un par un les multiples du plus grand des deux nombres :

    $30$ n'est pas un multiple de $24$.

    $60$ est un multiple de $24$.

    Donc le plus petit multiple commun non nul de $24$ et $30$ est $60$.

Fractions irréductibles

Une fraction est dite irréductible si le plus grand diviseur commun de son numérateur et de son dénominateur est $1$.
Pour démontrer qu'une fraction est irréductible, il suffit de montrer que le numérateur et le dénominateur n'ont pas de diviseur premier commun dans leurs décompositions en produits de facteurs premiers.
Rendre une fraction irréductible : Q1
Montrez que les fractions suivantes sont irréductibles.
  1. $\dfrac{45}{154}$
  2. $\dfrac{75}{98}$
  3. $\dfrac{40}{81}$
  4. $\dfrac{87}{140}$
  1. $$45=3^2\times5$$ et $$154=2\times7\times11$$

    Les nombres $45$ et $154$ n'ont pas de diviseur commun. Donc la fraction $\frac{45}{154}$ est irréductible.

  2. $$75=3\times5^2$$ et $$98=2\times7^2$$

    Les nombres $75$ et $98$ n'ont pas de diviseur commun. Donc la fraction $\frac{75}{98}$ est irréductible.

  3. $$40=2^3\times5$$ et $$81=3^4$$

    Les nombres $40$ et $81$ n'ont pas de diviseur commun. Donc la fraction $\frac{40}{81}$ est irréductible.

  4. $$87=3\times29$$ et $$140=2^2\times5\times7$$

    Les nombres $87$ et $140$ n'ont pas de diviseur commun. Donc la fraction $\frac{87}{140}$ est irréductible.

Opérations sur les fractions :
Écrire les résultats des calculs suivants sous forme de fractions irréductibles.
  • $$A=\frac{49}{51}\times\frac{45}{14}$$
  • $$B=\frac{57}{125}\div\frac{27}{50}$$
  • $$C=\frac{51}{49}+\frac{9}{14}$$
  • $$D=\frac{23}{25}-\frac{11}{15}$$
  • Multiplication :$$ \begin{align*} A &= \frac{49}{51}\times\frac{45}{14}\\ A &= \frac{7^2}{3\times17}\times\frac{3^2\times5}{2\times7}\\ A &= \frac{7^2\times3^2\times5}{2\times3\times7\times17}\\ A &= \frac{5\times7}{2\times17}\\ A &= \frac{35}{34} \end{align*} $$
  • Division :$$ \begin{align*} B &= \frac{57}{125}\div\frac{27}{50}\\ B &= \frac{57}{125}\times\frac{50}{27}\\ B &= \frac{3\times 19}{5^3}\times\frac{2\times 5^2}{3^3}\\ B &= \frac{3\times 19\times2\times 5^2}{5^3\times 3^3}\\ B &= \frac{3\times 19\times2}{3^2\times5}\\ B &= \frac{2\times 19}{3\times5}\\ B &= \frac{38}{15} \end{align*} $$
  • Addition : $$ \begin{align*} C &= \frac{51}{49}+\frac{9}{14}\\ C &= \frac{51}{7^2}+\frac{9}{2\times 7}\\ C &= \frac{51\times 2}{2\times 7^2}+\frac{9\times 7}{2\times 7^2}\\ C &= \frac{102+63}{2\times 7^2}\\ C &= \frac{165}{2\times 7^2}\\ C &= \frac{3\times 5\times 11}{2\times 7^2}\\ C &= \frac{165}{98} \end{align*} $$
  • Soustraction :$$ \begin{align*} D &= \frac{23}{25}-\frac{11}{15}\\ D &= \frac{23}{5^2}-\frac{11}{3\times 5}\\ D &= \frac{23\times 3}{3\times 5^2}-\frac{11\times 5}{3\times 5^2}\\ D &= \frac{69-55}{3\times 5^2}\\ D &= \frac{14}{3\times 5^2}\\ D &= \frac{2\times 7}{3\times 5^2}\\ D &= \frac{14}{75} \end{align*} $$