Mathematics · Livre 1 · Grades 1–9

Mathématiques du primaire et du collège

Mathématiques du primaire et du collège · Grades 1–9

55Fractions : les quatre opérations

Ce chapitre achève l’arithmétique des fractions : addition et soustraction avec n’importe quels dénominateurs, multiplication, et — la nouveauté — la division, qui se révèle être une multiplication déguisée. Les signes du Chapitre 54 accompagnent le voyage.

55.1 Additionner avec n’importe quels dénominateurs

Méthode 55.1 (Dénominateur commun)

Pour additionner ou soustraire ab\frac ab et cd\frac cd :

  1. trouver un multiple commun de bb et dd (le produit b×db \times d fonctionne toujours ; un plus petit économise des efforts) ;
  2. réécrire les deux fractions avec ce dénominateur ;
  3. additionner ou soustraire les numérateurs ; simplifier.

Exemple 55.2

Calculer 56+34\dfrac{5}{6} + \dfrac{3}{4}. Un multiple commun de 66 et 44 est 1212 :

56=1012,34=912,56+34=10+912=1912.\frac{5}{6} = \frac{10}{12}, \qquad \frac{3}{4} = \frac{9}{12}, \qquad \frac{5}{6} + \frac{3}{4} = \frac{10 + 9}{12} = \frac{19}{12}.

Avec des signes : 2375=10152115=1115\dfrac{2}{3} - \dfrac{7}{5} = \dfrac{10}{15} - \dfrac{21}{15} = -\dfrac{11}{15}.

55.2 Multiplier des fractions

Théorème 55.3 (Produit de fractions)

ab×cd=a×cb×d.\frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{a \times c}{b \times d} .

Pourquoi, sur une figure. Prendre 34\frac34 de 25\frac25 d’un carré : couper le carré en 55 bandes verticales et en garder 22 ; couper horizontalement en 44 et garder 33 rangées de ce qui reste. La partie gardée est une grille de 3×23 \times 2 petites cellules sur 4×54 \times 5 : fraction 620\frac{6}{20}.

3/4 × 2/5 : la région doublement ombrée compte 3 × 2 = 6 cellules sur 4 × 5 = 20, c’est-à-dire 6/20 = 3/10 — numérateurs multipliés, dénominateurs multipliés.
34×25\frac34 \times \frac25 : la région doublement ombrée compte 3×2=63 \times 2 = 6 cellules sur 4×5=204 \times 5 = 20, c’est-à-dire 620=310\frac{6}{20} = \frac{3}{10}numérateurs multipliés, dénominateurs multipliés.

Exemple 55.4

Simplifier avant de multiplier, en barrant les facteurs communs :

712×914=7×912×14=7×3×33×4×2×7=38\frac{7}{12} \times \frac{9}{14} = \frac{7 \times 9}{12 \times 14} = \frac{7 \times 3 \times 3}{3 \times 4 \times 2 \times 7} = \frac{3}{8}

(le facteur 77 et un facteur 33 s’annulent entre haut et bas). Avec des signes, les règles de Théorème 54.1 s’appliquent d’abord : (23)×(54)=+1012=56\left(-\frac23\right) \times \left(-\frac{5}{4}\right) = +\frac{10}{12} = \frac56.

55.3 Diviser des fractions

Définition 55.5 (Inverse)

L’inverse d’un nombre non nul xx est le nombre qui, multiplié par xx, donne 11. L’inverse de ab\frac ab est ba\frac ba, puisque ab×ba=abab=1\frac ab \times \frac ba = \frac{ab}{ab} = 1 ; l’inverse d’un entier nn est 1n\frac1n.

Théorème 55.6 (Diviser, c’est multiplier par l’inverse)

Pour c0c \neq 0 :

ab÷cd=ab×dc.\frac{a}{b} \div \frac{c}{d} = \frac{a}{b} \times \frac{d}{c} .

Démonstration. Par définition, le quotient qq de ab\frac ab par cd\frac cd est le nombre tel que q×cd=abq \times \frac cd = \frac ab. Vérifier le candidat q=ab×dcq = \frac ab \times \frac dc :

(ab×dc)×cd=ab×(dc×cd)=ab×1=ab.\left(\frac ab \times \frac dc\right) \times \frac cd = \frac ab \times \left(\frac dc \times \frac cd\right) = \frac ab \times 1 = \frac ab . \qedhere

Exemple 55.7

35÷710=35×107=3×105×7=3035=67.\frac{3}{5} \div \frac{7}{10} = \frac{3}{5} \times \frac{10}{7} = \frac{3 \times 10}{5 \times 7} = \frac{30}{35} = \frac{6}{7}.

Contrôle de bon sens : diviser par 710\frac{7}{10}, un nombre plus petit que 11, doit donner un résultat plus grand que 35\frac35 — et 67>35\frac67 > \frac35 en effet (3035>2135\frac{30}{35} > \frac{21}{35}).

Exemple 55.8 (Barres de fraction dans des barres de fraction)

Un « double étage » n’est qu’une division écrite verticalement :

 23  56 =23÷56=23×65=1215=45.\frac{\ \frac{2}{3}\ }{\ \frac{5}{6}\ } = \frac{2}{3} \div \frac{5}{6} = \frac{2}{3} \times \frac{6}{5} = \frac{12}{15} = \frac{4}{5}.

Repérer d’abord la barre principale (la plus longue), puis appliquer Théorème 55.6.

Méthode 55.9 (Calculs mixtes)

Dans une expression mélangeant fractions et les quatre opérations :

  1. appliquer les priorités habituelles (Chapitre 45) ;
  2. convertir chaque division en multiplication par l’inverse ;
  3. décider les signes d’abord (Méthode 54.6), puis multiplier ou trouver des dénominateurs communs ;
  4. simplifier à la première occasion.

Exemple 55.10

12+23×94=12+2×93×4(produit d’abord !)=12+1812=12+32=42=2.\begin{align*} \frac12 + \frac{2}{3} \times \frac{9}{4} &= \frac12 + \frac{2 \times 9}{3 \times 4} && \text{(produit d'abord~!)} \\ &= \frac12 + \frac{18}{12} = \frac12 + \frac32 = \frac{4}{2} = 2 . \end{align*}

55.4 Exercices

Exercice 55.1

Calculer et simplifier :

34+25,5638,710+815.\frac{3}{4} + \frac{2}{5}, \qquad \frac{5}{6} - \frac{3}{8}, \qquad \frac{7}{10} + \frac{8}{15} .
Solution

Solution de Exercice 55.1.

34+25=1520+820=2320\dfrac34 + \dfrac25 = \dfrac{15}{20} + \dfrac{8}{20} = \dfrac{23}{20}.

5638=2024924=1124\dfrac56 - \dfrac38 = \dfrac{20}{24} - \dfrac{9}{24} = \dfrac{11}{24}.

710+815=2130+1630=3730\dfrac{7}{10} + \dfrac{8}{15} = \dfrac{21}{30} + \dfrac{16}{30} = \dfrac{37}{30}.

Exercice 55.2

Calculer (signes d’abord) :

27+314,1654,3512.-\frac{2}{7} + \frac{3}{14}, \qquad \frac{1}{6} - \frac{5}{4}, \qquad -\frac{3}{5} - \frac{1}{2} .
Solution

Solution de Exercice 55.2.

27+314=414+314=114-\dfrac27 + \dfrac{3}{14} = -\dfrac{4}{14} + \dfrac{3}{14} = -\dfrac{1}{14}.

1654=2121512=1312\dfrac16 - \dfrac54 = \dfrac{2}{12} - \dfrac{15}{12} = -\dfrac{13}{12}.

3512=610510=1110-\dfrac35 - \dfrac12 = -\dfrac{6}{10} - \dfrac{5}{10} = -\dfrac{11}{10}.

Exercice 55.3

Calculer, en simplifiant avant de multiplier :

58×415,914×73,(65)×109.\frac{5}{8} \times \frac{4}{15}, \qquad \frac{9}{14} \times \frac{7}{3}, \qquad \left(-\frac{6}{5}\right) \times \frac{10}{9} .
Solution

Solution de Exercice 55.3.

58×415=5×48×15=12×3=16\dfrac58 \times \dfrac{4}{15} = \dfrac{5 \times 4}{8 \times 15} = \dfrac{1}{2 \times 3} = \dfrac16 (simplifier par 55 et par 44).

914×73=9×714×3=32\dfrac{9}{14} \times \dfrac73 = \dfrac{9 \times 7}{14 \times 3} = \dfrac{3}{2} (simplifier par 77 et par 33).

(65)×109=6045=43\left(-\dfrac65\right) \times \dfrac{10}{9} = -\dfrac{60}{45} = -\dfrac43 (signes contraires : négatif).

Exercice 55.4

Donner l’inverse de : 37\dfrac{3}{7} ; 55 ; 14\dfrac{1}{4} ; 29-\dfrac{2}{9}.

Solution

Solution de Exercice 55.4.

Inverses : 73\dfrac73 ; 15\dfrac15 ; 44 ; 92-\dfrac92 (l’inverse garde le signe).

Exercice 55.5

Calculer :

49÷23,75÷14,6÷34.\frac{4}{9} \div \frac{2}{3}, \qquad \frac{7}{5} \div 14, \qquad 6 \div \frac{3}{4} .
Solution

Solution de Exercice 55.5.

49÷23=49×32=1218=23\dfrac49 \div \dfrac23 = \dfrac49 \times \dfrac32 = \dfrac{12}{18} = \dfrac23.

75÷14=75×114=770=110\dfrac75 \div 14 = \dfrac75 \times \dfrac{1}{14} = \dfrac{7}{70} = \dfrac{1}{10}.

6÷34=6×43=86 \div \dfrac34 = 6 \times \dfrac43 = 8.

Exercice 55.6

Calculer les doubles étages :

 34  98 , 56  10 , 2  47 .\frac{\ \frac{3}{4}\ }{\ \frac{9}{8}\ }, \qquad \frac{\ \frac{5}{6}\ }{\ 10\ }, \qquad \frac{\ 2\ }{\ \frac{4}{7}\ } .
Solution

Solution de Exercice 55.6.

3/49/8=34×89=2436=23\dfrac{3/4}{9/8} = \dfrac34 \times \dfrac89 = \dfrac{24}{36} = \dfrac23.

5/610=56×110=560=112\dfrac{5/6}{10} = \dfrac56 \times \dfrac{1}{10} = \dfrac{5}{60} = \dfrac{1}{12}.

24/7=2×74=72\dfrac{2}{4/7} = 2 \times \dfrac74 = \dfrac72.

Exercice 55.7

Calculer, en respectant les priorités :

13+12×45,(13+12)×45.\frac{1}{3} + \frac{1}{2} \times \frac{4}{5}, \qquad \left(\frac{1}{3} + \frac{1}{2}\right) \times \frac{4}{5} .
Solution

Solution de Exercice 55.7.

Produit d’abord : 13+12×45=13+410=1030+1230=2230=1115\dfrac13 + \dfrac12 \times \dfrac45 = \dfrac13 + \dfrac{4}{10} = \dfrac{10}{30} + \dfrac{12}{30} = \dfrac{22}{30} = \dfrac{11}{15}.

Parenthèses d’abord : (13+12)×45=56×45=2030=23\left(\dfrac13 + \dfrac12\right) \times \dfrac45 = \dfrac56 \times \dfrac45 = \dfrac{20}{30} = \dfrac23.

Exercice 55.8 ★★

Un réservoir est plein aux 25\frac{2}{5}. On ajoute 13\frac{1}{3} de la capacité du réservoir. Quelle fraction du réservoir est maintenant pleine ? Quelle fraction est encore vide ?

Solution

Solution de Exercice 55.8.

Plein : 25+13=615+515=1115\dfrac25 + \dfrac13 = \dfrac{6}{15} + \dfrac{5}{15} = \dfrac{11}{15} du réservoir. Vide : 11115=4151 - \dfrac{11}{15} = \dfrac{4}{15}.

Exercice 55.9 ★★

Les trois quarts des élèves d’une classe ont réussi un contrôle ; parmi ceux-ci, les deux tiers ont obtenu plus de 1414 sur 2020. Quelle fraction de la classe a obtenu plus de 1414 ? Si cela représente 1212 élèves, quelle est la taille de la classe ?

Solution

Solution de Exercice 55.9.

Fraction avec plus de 1414 : 23×34=612=12\dfrac23 \times \dfrac34 = \dfrac{6}{12} = \dfrac12 de la classe. Si cela fait 1212 élèves, la classe en compte 2424.

Exercice 55.10 ★★

Une corde de 152\frac{15}{2} m doit être coupée en morceaux de 34\frac{3}{4} m chacun. Combien de morceaux obtient-on ? (Une division de fractions — vérifier que la réponse est un nombre entier.)

Solution

Solution de Exercice 55.10.

152÷34=152×43=606=10\dfrac{15}{2} \div \dfrac34 = \dfrac{15}{2} \times \dfrac43 = \dfrac{60}{6} = 10 morceaux — un nombre entier, pas de corde perdue.

Exercice 55.11 ★★

Calculer

E=2356÷109,F=(12)2×83.E = \frac{2}{3} - \frac{5}{6} \div \frac{10}{9}, \qquad F = \left(-\frac{1}{2}\right)^2 \times \frac{8}{3} .
Solution

Solution de Exercice 55.11.

EE : division d’abord : 56÷109=56×910=4560=34\dfrac56 \div \dfrac{10}{9} = \dfrac56 \times \dfrac{9}{10} = \dfrac{45}{60} = \dfrac34 ; puis E=2334=812912=112E = \dfrac23 - \dfrac34 = \dfrac{8}{12} - \dfrac{9}{12} = -\dfrac{1}{12}.

F=(12)2×83=14×83=812=23F = \left(-\dfrac12\right)^2 \times \dfrac83 = \dfrac14 \times \dfrac83 = \dfrac{8}{12} = \dfrac23 (le carré est positif).

Exercice 55.12 ★★★

Simplifier l’expression

1+11+11+11 + \cfrac{1}{1 + \cfrac{1}{1 + 1}}

(commencer par la fraction la plus intérieure et remonter, une barre à la fois).

Solution

Solution de Exercice 55.12.

De l’intérieur vers l’extérieur : 1+1=21 + 1 = 2 ; puis 1+12=321 + \dfrac12 = \dfrac32 ; puis

1+13/2=1+23=53.1 + \frac{1}{3/2} = 1 + \frac23 = \frac53 .

55.5 Problème : les fractions égyptiennes

Problème 55.1

Devoir maison — toute fraction est une somme de fractions unitaires deux à deux distinctes

Une fraction unitaire est une fraction de numérateur 11. Les scribes de l’Égypte ancienne — le papyrus Rhind a été copié vers 15501550 av. J.-C. — écrivaient toute fraction comme une somme de fractions unitaires deux à deux distinctes : jamais 27=17+17\frac27 = \frac17 + \frac17, mais 27=14+128\frac27 = \frac14 + \frac{1}{28}. Une telle somme s’appelle une écriture égyptienne de la fraction. Ce problème transforme les techniques d’addition et de comparaison de ce chapitre (Méthode 55.1) en une méthode — publiée par Fibonacci en 12021202 — qui produit une écriture égyptienne de toute fraction comprise entre 00 et 11, et s’achève sur une énigme d’héritage restée célèbre.

Partie I — Fractions unitaires et identité de dédoublement.

  1. Calculer 12+13\frac12 + \frac13 et 12+14\frac12 + \frac14, et en déduire des écritures égyptiennes de 56\frac56 et de 34\frac34.
  2. Vérifier l’entrée des scribes pour 27\frac27 : montrer que 14+128=27\frac14 + \frac{1}{28} = \frac27.
  3. Vérifier que 13+16=12\frac13 + \frac16 = \frac12 et que 14+112=13\frac14 + \frac{1}{12} = \frac13. Démontrer ensuite l’identité de dédoublement : pour tout entier n1n \geq 1,

    1n=1n+1+1n(n+1).\frac{1}{n} = \frac{1}{n+1} + \frac{1}{n(n+1)} .
  4. En déduire une écriture égyptienne de 11 lui-même, comme somme de trois fractions unitaires distinctes.
  5. Dédoubler le dernier terme de 56=12+13\frac56 = \frac12 + \frac13 pour obtenir une seconde écriture égyptienne de 56\frac56, à trois fractions unitaires. Expliquer pourquoi aucune fraction n’a d’écriture égyptienne unique.

Partie II — La méthode gloutonne de Fibonacci. La méthode est la suivante : retrancher la plus grande fraction unitaire qui tient, et recommencer avec ce qui reste.

  1. En passant par des dénominateurs communs, montrer que 14<27<13\frac14 < \frac27 < \frac13. Pourquoi cela prouve-t-il que 14\frac14 est la plus grande fraction unitaire inférieure à 27\frac27 ?
  2. Calculer 2714\frac27 - \frac14. Quelle écriture de 27\frac27 la méthode gloutonne produit-elle ?
  3. Passons à 57\frac57. Montrer que la plus grande fraction unitaire inférieure à 57\frac57 est 12\frac12, et calculer 5712\frac57 - \frac12.
  4. Montrer que la plus grande fraction unitaire inférieure à 314\frac{3}{14} est 15\frac15 (comparer 314\frac{3}{14} à 14\frac14 puis à 15\frac15), calculer 31415\frac{3}{14} - \frac15, et conclure :

    57=12+15+170.\frac57 = \frac12 + \frac15 + \frac{1}{70} .

    Vérifier cette écriture directement avec le dénominateur commun 7070.

  5. Appliquer la méthode gloutonne à 45\frac45, en vérifiant à chaque étape que la fraction unitaire choisie est bien la plus grande qui tienne, et vérifier l’écriture finale.

Partie III — Pourquoi la méthode s’arrête toujours, et le dix-huitième chameau.

  1. Aux questions 7 à 10, la méthode a été appliquée à 27\frac27, 57\frac57 et 45\frac45. Pour chacune, dresser la liste des numérateurs des restes successifs (avant toute simplification). Qu’observe-t-on ?
  2. Pour une fraction ab\frac ab et un entier nn, montrer que

    ab1n=a×nbb×n.\frac{a}{b} - \frac{1}{n} = \frac{a \times n - b}{b \times n} .
  3. Supposons que la méthode gloutonne retranche 1n\frac1n de ab\frac ab : alors 1n\frac1n tient, mais 1n1\frac{1}{n-1} est déjà trop grande, 1n1>ab\frac{1}{n-1} > \frac ab. En mettant les deux au dénominateur commun b×(n1)b \times (n - 1), en déduire que b>a×nab > a \times n - a, donc que le nouveau numérateur vérifie

    a×nb<a.a \times n - b < a .

    Expliquer pourquoi cela démontre que la méthode s’arrête toujours.

  4. Un vieux conte : un père meurt en laissant 1717 chameaux, en léguant 12\frac12 du troupeau à son aîné, 13\frac13 au deuxième, 19\frac19 au troisième — et aucune des parts n’est un nombre entier de chameaux. Un voisin prête à la famille un dix-huitième chameau ; les enfants prennent 99, 66 et 22 chameaux, et le chameau emprunté est rendu. Calculer 12+13+19\frac12 + \frac13 + \frac19 et expliquer le tour de passe-passe : pourquoi le troupeau a-t-il pu se partager en chameaux entiers, et pourquoi aucun enfant n’a-t-il reçu moins que ce que promettait le testament ?
  5. Réparer le testament : proposer trois fractions unitaires distinctes dont la somme vaut exactement 11, et donner la plus petite taille de troupeau pour laquelle les trois parts sont des nombres entiers de chameaux.
Solution

Solution de Problème 55.1.

1. 12+13=36+26=56\frac12 + \frac13 = \frac36 + \frac26 = \frac56 et 12+14=24+14=34\frac12 + \frac14 = \frac24 + \frac14 = \frac34. Donc 56=12+13\frac56 = \frac12 + \frac13 et 34=12+14\frac34 = \frac12 + \frac14 sont des écritures égyptiennes (les fractions unitaires y sont bien distinctes).

2. Avec le dénominateur commun 2828 :

14+128=728+128=828=27.\frac14 + \frac{1}{28} = \frac{7}{28} + \frac{1}{28} = \frac{8}{28} = \frac{2}{7} .

3. 13+16=26+16=36=12\frac13 + \frac16 = \frac26 + \frac16 = \frac36 = \frac12, et 14+112=312+112=412=13\frac14 + \frac{1}{12} = \frac{3}{12} + \frac{1}{12} = \frac{4}{12} = \frac13. En général, le dénominateur commun de 1n+1\frac{1}{n+1} et de 1n(n+1)\frac{1}{n(n+1)} est n(n+1)n(n+1) :

1n+1+1n(n+1)=nn(n+1)+1n(n+1)=n+1n(n+1)=1n.\frac{1}{n+1} + \frac{1}{n(n+1)} = \frac{n}{n(n+1)} + \frac{1}{n(n+1)} = \frac{n+1}{n(n+1)} = \frac{1}{n} .

4. Partir de 1=12+121 = \frac12 + \frac12 et dédoubler la seconde moitié par la question 3 :

1=12+13+16,1 = \frac12 + \frac13 + \frac16 ,

trois fractions unitaires distinctes.

5. En dédoublant le 13\frac13 de 56=12+13\frac56 = \frac12 + \frac13, on obtient

56=12+14+112.\frac56 = \frac12 + \frac14 + \frac{1}{12} .

Aucune écriture égyptienne n’est jamais unique : l’identité de dédoublement peut toujours remplacer la fraction unitaire de plus grand dénominateur par deux nouvelles fractions unitaires encore plus petites — de toute écriture on en fabrique donc une autre.

6. Avec le dénominateur 2121 : 27=621<721=13\frac27 = \frac{6}{21} < \frac{7}{21} = \frac13. Avec le dénominateur 2828 : 14=728<828=27\frac14 = \frac{7}{28} < \frac{8}{28} = \frac27. Les fractions unitaires décroissent à mesure que leur dénominateur grandit, 1>12>13>14>1 > \frac12 > \frac13 > \frac14 > \dots ; comme 13\frac13 (et tout ce qui la dépasse) est trop grande et que 14\frac14 tient, 14\frac14 est la plus grande fraction unitaire inférieure à 27\frac27.

7. 2714=828728=128\frac27 - \frac14 = \frac{8}{28} - \frac{7}{28} = \frac{1}{28} : la méthode gloutonne produit 27=14+128\frac27 = \frac14 + \frac{1}{28}, exactement l’entrée des scribes de la question 2.

8. Avec le dénominateur 1414 : 12=714<1014=57\frac12 = \frac{7}{14} < \frac{10}{14} = \frac57, tandis que la seule fraction unitaire plus grande, 11, dépasse 57\frac57. Donc 12\frac12 est la plus grande qui tienne, et

5712=1014714=314.\frac57 - \frac12 = \frac{10}{14} - \frac{7}{14} = \frac{3}{14} .

9. Avec le dénominateur 2828 : 314=628<728=14\frac{3}{14} = \frac{6}{28} < \frac{7}{28} = \frac14, donc 14\frac14 est trop grande. Avec le dénominateur 7070 : 15=1470<1570=314\frac15 = \frac{14}{70} < \frac{15}{70} = \frac{3}{14}, donc 15\frac15 tient : c’est la plus grande fraction unitaire inférieure à 314\frac{3}{14}. Alors

31415=15701470=170,d’ouˋ57=12+15+170.\frac{3}{14} - \frac15 = \frac{15}{70} - \frac{14}{70} = \frac{1}{70}, \qquad\text{d'où}\qquad \frac57 = \frac12 + \frac15 + \frac{1}{70} .

Vérification : 3570+1470+170=5070=57\frac{35}{70} + \frac{14}{70} + \frac{1}{70} = \frac{50}{70} = \frac57.

10. Première étape : 12=510<810=45\frac12 = \frac{5}{10} < \frac{8}{10} = \frac45 et 1>451 > \frac45, on retranche donc 12\frac12 : 4512=810510=310\frac45 - \frac12 = \frac{8}{10} - \frac{5}{10} = \frac{3}{10}. Deuxième étape : 13=1030>930=310\frac13 = \frac{10}{30} > \frac{9}{30} = \frac{3}{10} est trop grande, et 14=520<620=310\frac14 = \frac{5}{20} < \frac{6}{20} = \frac{3}{10} tient ; on retranche donc 14\frac14 : 31014=620520=120\frac{3}{10} - \frac14 = \frac{6}{20} - \frac{5}{20} = \frac{1}{20}. Conclusion :

45=12+14+120,1020+520+120=1620=45.\frac45 = \frac12 + \frac14 + \frac{1}{20}, \qquad \frac{10}{20} + \frac{5}{20} + \frac{1}{20} = \frac{16}{20} = \frac45 . \checkmark

11. Les numérateurs des restes successifs sont : pour 27\frac27 : 22, puis 11 ; pour 57\frac57 : 55, puis 33, puis 11 ; pour 45\frac45 : 44, puis 33, puis 11. Chaque liste est strictement décroissante.

12. Le dénominateur commun de ab\frac ab et de 1n\frac1n est b×nb \times n :

ab1n=a×nb×nbb×n=a×nbb×n.\frac{a}{b} - \frac{1}{n} = \frac{a \times n}{b \times n} - \frac{b}{b \times n} = \frac{a \times n - b}{b \times n} .

13. Au dénominateur commun b×(n1)b \times (n-1), l’inégalité 1n1>ab\frac{1}{n-1} > \frac ab compare les numérateurs bb et a×(n1)a \times (n - 1) :

b>a×(n1)=a×na,b > a \times (n - 1) = a \times n - a ,

et en ajoutant aba - b aux deux membres on obtient a>a×nba > a \times n - b. Ainsi, après chaque étape gloutonne, le numérateur du reste (question 12) est un entier strictement plus petit que le précédent. Or des entiers ne peuvent pas décroître strictement indéfiniment : après au plus aa étapes, le reste a pour numérateur 11 — c’est une fraction unitaire — ou vaut 00, et la méthode s’arrête.

14. Avec le dénominateur commun 1818 :

12+13+19=918+618+218=1718,\frac12 + \frac13 + \frac19 = \frac{9}{18} + \frac{6}{18} + \frac{2}{18} = \frac{17}{18} ,

c’est-à-dire moins que 11 : le testament a oublié 118\frac{1}{18} du troupeau. Ce manque est tout le secret du tour. Sur 1818 chameaux, les parts 12\frac12, 13\frac13, 19\frac19 sont les entiers 99, 66 et 22, dont la somme vaut 9+6+2=179 + 6 + 2 = 17 : exactement le troupeau, et le dix-huitième chameau rentre chez lui. Et personne ne peut se plaindre : sur 1717 chameaux, le testament promettait 172=8.5\frac{17}{2} = 8.5, puis 1735.67\frac{17}{3} \approx 5.67, puis 1791.89\frac{17}{9} \approx 1.89 chameaux, et chaque enfant a reçu strictement davantage (99, 66 et 22). Le 118\frac{1}{18} oublié est ce que le chameau du voisin a comblé le temps du partage.

15. La question 4 fournit le testament réparé :

12+13+16=1.\frac12 + \frac13 + \frac16 = 1 .

Les parts sont entières lorsque la taille du troupeau est divisible par 22, par 33 et par 66 — c’est-à-dire divisible par 66. Le plus petit troupeau convenable compte 66 chameaux : parts 33, 22 et 11, et rien ne reste.

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