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Concours : CAPES externe Section : mathématiques Session 2019
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Epreuve sur Dossier CAPES Mathématiques
G. Julia, 2012 1
ESD 2011 - 08 : Arithmétique
1. Le sujet
Exercice
1. Après avoir vérifié que le couple d"entiers ()11;8- est solution de l"équation 12737=+yx, déterminez
l"ensemble des couples ()yx; d"entiers solutions de : 10002737=+yx.2. Un restaurateur sert des repas à 27 euros et à 37 euros. À la fin du service sa recette s"élève à 1000 euros.
Combien a-t-il servi de repas de chaque sorte ?
3. Aurait-il pu obtenir la même recette avec des menus à 27 euros et à 36 euros ?
La réponse d"un élève à la question 1
On pose ()()11000;8000;00-=yx. Soient ()yx; ?2, on a :100027371000273700yxyx donc
()()002737yyxx--=-. Donc 37 divise ()027yy--. Comme 37 et 27 sont premiers entre eux le théorème de Gauss permet de dire que 37 divise ()0yy-.Donc kyy37
0=- c"est à dire ky3711000+=.
Donc kxx27
0-=-, c"est-à-dire kx278000--=.
Donc les solutions de l"équation sont
()kk3711000;278000+--Le travail à exposer devant le jury
1. Précisez les connaissances et les compétences mises en jeu dans l"exercice.
2.Analysez la production de l"élève.
3. Proposez une correction des questions 2 et 3 comme vous l"exposeriez devant une classe de terminale scientifique. 4.Présentez deux ou trois exercices sur le thème " arithmétique » dont un au moins nécessite la mise en
oeuvre d"un algorithme.Epreuve sur Dossier CAPES Mathématiques
G. Julia, 2012 2
2. Eléments de correction
L"exercice proposé a pour objectif la résolution d"une équation diophantienne simple suivie d"une
contextualisation. La troisième question porte sur les conditions d"existence de solutions entières d"une
équation de la forme cbyax
=+ lorsque a et b ne sont pas premiers entre eux. Il peut être posé en tantqu"exercice d"évaluation sur ce qu"un élève de TS Spécialité doit savoir sur le thème " équations
diophantiennes ». Les entiers -8 et 11 de la question 1 de l"énoncé sont ceux qui sont donnés par l"algorithme d"Euclide étendu (méthode de Blankinship 1).1. Connaissances et compétences.
Compétences Connaissances
Question 1 Savoir restituer : mobiliser ses connaissances, appliquer une méthode éprouvée, développer une démarche connue Savoir résoudre une équation diophantienne de la forme cbyax=+, connaissant une solution
particulière (savoir-faire)Question 2 Savoir " démathématiser » (interpréter un modèle mathématique en termes de " réalité ») Savoir communiquer à propos du modèle et de ses résultats (y compris au sujet des limites de ces derniers) Savoir distinguer, compte tenu du contexte, quelles
sont les solutions " valides » de l"équation diophantienne (= résoudre l"équation dans N´N et non plus dansZ´Z)
Question 3 Savoir " mathématiser » (opérer une traduction de la " réalité » vers la structure mathématique) Savoir communiquer à propos du modèle et de ses résultats (y compris au sujet des limites de ces derniers) Savoir développer une argumentation Connaître la notion de PGCD (savoir) et la mettre en application. Il s"agit implicitement de démontrer, sur un exemple, tout ou partie (la partie " seulement si »
suffit à résoudre la question) le théorème : " Soient a, b et c des entiers, et d le PGCD de a et b, alors l"équation cbyax=+admet des solutions entières si et seulement si c est un multiple de d ».1 Voir à ce sujet : http://www.univers-ti-nspire.fr/files/pdf/04-arith-pgcd-TNS21.pdf
Epreuve sur Dossier CAPES Mathématiques
G. Julia, 2012 3
2. Analyse de la production de l"élève.
Réalisation : oui Rédaction et communication : nonCet élève développe la procédure
usuelle de résolution d"une équation de la forme cbyax=+.A partir de la solution particulière de
l"équation 12737 =+yx qui lui est donnée, il construit pertinemment une solution particulière de l"équation10002737
=+yx, puis se ramène à une équation sans second membre de la forme byax-= qu"il résout en s"appuyant sur le théorème de Gauss. La rédaction de sa solution présente deux erreurs :1. Il utilise abusivement la conjonction de coordination " donc ».
Cet emploi abusif ne lui permet pas de distinguer dans son exposé une équivalence logique d"une implication simple. Cette erreur peut être due à une habitude héritée du collège, où les démonstrations s"appuient sur l"implication. Ainsi, il montre que l"ensemble des solutions de l"équation est inclus dans l"ensemble des couples de la forme ()kk3711000;278000+-- mais il ne montre pas l"égalité des deux ensembles.2. Il ne précise à aucun moment quel est le statut du nombre
k. Sa nature d"entier relatif est probablement implicite pour cet élève, mais il n"y a aucune trace écrite à ce propos. Il en résulte que sa production n"est pas valide. Il faudrait faire reformuler à cet élève ce qu"il entend par " 37 divise ()0yy- donc kyy370=- » (Quelle signification accorde-t-il à " donc » ? Est-ce suffisant de dire " kyy370=- » ?) Cet élève doit apprendre àdistinguer les principes de la logique mathématique de ceux de la logique du langage courant et en
l"occurrence prendre conscience qu"il y a une importante correction à apporter à ce moment de l"exposé :
" 37 divise ()0yy- si et seulement si il existe un entier relatif k tel que kyy370=- ».D"un point de vue " compétences », cet élève a su " mobiliser ses connaissances et développer une démarche
connue » mais il doit progresser sur la compétence : " comprendre et évaluer différents types
d"enchaînements d"arguments mathématiques ».3. Question 2.
La question 1 étant supposé résolue, il s"agit maintenant de déterminer quels sont les entiers
relatifs k tels que :037110000278000
kk c"est-à-dire tels que : ?? 3711000278000
kk Or 278000- et
3711000- sont deux nombres rationnels non entiers. Les entiers k convenables doivent être au
plus égaux à la partie entière de 278000-qui est - 297 et strictement supérieurs à la partie entière de
3711000-
qui est - 298. Un et un seul entierk convient, c"est l"entier - 297. On construit le couple ()11)297(3711000;19)297(278000=-´+=-´-- correspondant.
Question 3
. Soient x et y les nombres de repas de chaque sorte. La recette de la journée s"exprime en fonction
de x et de y par : ()()yxyxyxR3492736,+=+= : puisque 36 et 27 sont tous deux multiples de 9, quels quesoient les nombres de repas de chaque sorte, la recette de la journée est un nombre multiple de 9. Le nombre
1000 n"étant pas multiple de 9, le restaurateur ne peut pas obtenir la même recette.
4. Voir REDCM pages 113 à 117.
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