Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Une équation sur la partie entière 22

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Solution by Oakiwi · FR

1.\textbf{1.} D’après l’identité remarquable x2+2x+1=(x+1)2x^{2}+2x+1=(x+1)^{2}, on a
⌊x2+2x+1⌋=0  ⟺  ⌊(x+1)2⌋=0  ⟺  (x+1)2<1  ⟺  −1<x+1<1  ⟺  −2<x<0\left\lfloor x^2+2x+1 \right\rfloor =0 \; \Longleftrightarrow \; \left\lfloor (x+1)^{2}\right\rfloor =0\;\Longleftrightarrow \; (x+1)^2 <1 \; \Longleftrightarrow \; -1 < x+1 <1 \; \Longleftrightarrow \; -2 <x < 0L’ensemble des solutions de l’équation est donc ]−2;0[\boxed{\left] -2 ; 0 \right[}.

2.\textbf{2.} Observons déjà qu’il n’y a pas de solution positive à l’équation.
Procédons par analyse synthèse.
Analyse\textbf{Analyse} : soit y<0y<0 solution de l’équation.
Posons −k:=⌊y⌋≤−1-k:=\left\lfloor y \right\rfloor \leq -1 et l:=⌊y2⌋l:=\left\lfloor y^2 \right\rfloor. yy est solution de l’équation si et seulement si l=2k−1(∗)l=2k-1 \quad (\ast). Or, par définition de la partie entière,
−k≤y<−k+1,donck2−2k+1<y2≤k2-k\leq y < -k+1, \quad \text{donc} \quad k^2-2k+1 < y^2 \leq k^2Ainsi, on voit que k2−2k+2≤2k−1≤k2k^{2}-2k+2\leq 2k-1 \leq k^{2}, donc d’une part k2−4k+3≤0k^{2}-4k+3\leq 0 et d’autre part 0≤k2−2k+10 \leq k^{2}-2k+1.
La dernière inéquation n’apporte rien (puisque kk est un entier).
L’inéquation k2−4k+3≤0k^{2}-4k+3\leq 0 a pour ensemble de solutions {1;2;3}\left\lbrace 1;2;3\right\rbrace (puisque kk est un entier). Analysons ces trois possibilités en utilisant (∗)(\ast) et la définition de kk et de ll.

∙\bullet k=l=1k=l=1 arrive si et seulement si −1≤y<0-1\leq y <0 et 1≤y2<21\leq y^{2}<2.
En élevant la première inéquation au carrée, on voit que ces deux inéquations sont compatibles uniquement lorsque y=−1‾=−y2\underline{y=-1}=-y^{2}.

∙\bullet k=2k=2, l=3l=3 arrive si seulement si −2≤y<−1-2 \leq y <-1 et 3≤y2<43\leq y^{2}<4.
En élevant la première inéquation au carrée, on voit que ces deux inéquations sont compatibles uniquement lorsque −2<y≤−3‾\underline{-2 <y \leq -\sqrt{3}}.

∙\bullet k=3k=3, l=5l=5 arrive si et seulement −3≤y<−2-3\leq y <-2 et 5≤y2<65\leq y^{2}<6.
En élevant la première inéquation au carrée, on voit que ces deux inéquations sont compatibles uniquement lorsque −6<y≤−5‾\underline{-\sqrt{6}<y\leq -\sqrt{5}}.

Syntheˋse\textbf{Synthèse} : on vérifie à la main que si y∈]−6;−5]∪]−2;−3]∪{−1}y\in \left]-\sqrt{6}; -\sqrt{5}\right] \cup \left]-2;-\sqrt{3}\right] \cup \left\lbrace -1 \right\rbrace alors yy est solution de l’équation.

L’ensemble des solutions de l’équation est donc ]−6;−5]∪]−2;−3]∪{−1}\boxed{\left]-\sqrt{6}; -\sqrt{5}\right] \cup \left]-2;-\sqrt{3}\right] \cup \left\lbrace -1 \right\rbrace}.

3.\textbf{3.} Clairement pas !

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