La disjonction des cas - Exercice 3

20 min
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Dans cet exercice, le nombre nn est un nombre entier naturel : n∈Nn \in \mathbb{N}.
Question 1

Nous souhaitons démontrer l'assertion suivante :
∀n∈N, n(n+1)2∈N\forall n \in \mathbb{N}, \, \dfrac{n(n+1)}{2} \in \mathbb{N}.

Correction
Pour faire cela, nous allons réaliser une démonstration par disjonction des cas.
Commençons par choisir un nombre entier naturel quelconque, que nous noterons nn.
Nous allons distinguer selon la parité de nn.
∙  \bullet \,\, Premier cas : si nn est pair alors n=2pn = 2p, avec p∈Np \in \mathbb{N}.
Ainsi n(n+1)2=2p(2p+1)2=2p(2p+1)=4p2+2p=2(2p2+p)\dfrac{n(n+1)}{2} = \dfrac{2p(2p+1)}{2} = 2p(2p+1) = 4p^2 +2p = 2(2p^2 + p). Comme p∈Np \in \mathbb{N} alors p2∈Np^2 \in \mathbb{N}, et de fait 2p2∈N2p^2 \in \mathbb{N} également. On en déduit donc que 2p2+p∈N2p^2 + p \in \mathbb{N}, d'où 2(2p2+p)∈N)2(2p^2 + p) \in \mathbb{N})
Ainsi, on a n(n+1)2∈N\dfrac{n(n+1)}{2} \in \mathbb{N}.
∙∙  \bullet \bullet \,\, Deuxième cas : si nn est impair alors n=2p+1n = 2p+1, avec p∈Np \in \mathbb{N}.
Ainsi n(n+1)2=(2p+1)(2p+1+1)2=(2p+1)(2p+2)2=2(2p+1)(p+1)2=(2p+1)(p+1)\dfrac{n(n+1)}{2} = \dfrac{(2p+1)(2p+1+1)}{2} = \dfrac{(2p+1)(2p+2)}{2} = \dfrac{2(2p+1)(p+1)}{2} = (2p+1)(p+1). Comme p∈Np \in \mathbb{N} alors 2p∈N2p \in \mathbb{N}, et de fait (2p+1)∈N(2p+1) \in \mathbb{N} également. On en déduit donc que (2p+1)(p+1)∈N(2p+1)(p+1) \in \mathbb{N}.
Ainsi, on a n(n+1)2∈N\dfrac{n(n+1)}{2} \in \mathbb{N}.
On constate que dans tous les cas on a n(n+1)2∈N\dfrac{n(n+1)}{2} \in \mathbb{N}. Ce qui prouve que nous avons démontré l'assertion suivante :
∀n∈N, n(n+1)2∈N\forall n \in \mathbb{N}, \, \dfrac{n(n+1)}{2} \in \mathbb{N}. ■{\color{blue}{\blacksquare}}

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