Photo

Page web de Xavier Caruso

Moyenne de réels

Enoncé :

On considère 2001  réels, x1,...,x2001  , tels que pour tout sous-ensemble I  de {1,...,2001} de cardinal 7 , il existe un sous-ensemble J  de {1,...,2001} de cardinal 11  , vérifiant :

1  sum       1   sum 
7   xi = 11   xj
 i (- I      j (- J
Montrer qu’alors tous les xi  sont égaux.

Démonstration :

Remarquons tout d’abord que quitte à tout translater, on peut supposer que x1 = 0  .

Supposons dans un premier temps que les xi  sont des entiers. Dans ce cas, si I  est un sous-ensemble de {1,...,2001} de cardinal 7  , alors    sum 
11  i (- I xi  =_  0 (mod 7)  et donc, puisque 7  et 11  sont premiers entre eux,  sum 
  i (- I xi  =_  0 (mod 7)  . On en déduit que pour tout i  , xi  =_  x0 = 0 (mod 7)  , c’est-à-dire que tous les xi  sont des multiples de 7  . Bien entendu la famille des xi
7  est encore solution du problème. Par descente infinie, on montre finalement que tous les xi  sont nuls, ce qui est bien ce que l’on voulait.

Traitons maintenant le cas général. On procède par approximation.

Prenons une famille (xi)  de réels vérifiant la condition de l’énoncé. Notons N  un entier strictement positif et supérieur à tous les inverses des |xi| pour xi  non nul. En appliquant le principe des tiroirs, on obtient un entier strictement positif D  et des entiers relatifs pi  tels que |Dxi - pi| \< 1515N-  pour tout i . On peut bien entendu choisir p1 = 0  .

Montrons que la famille des pi  satisfait encore aux hypothèses de l’énoncé. Prenons donc I  un sous-ensemble de {1,...,2001} de cardinal 7  . Alors on peut trouver un sous-ensemble J  de {1,...,2001}de cardinal 11  tel que :

   sum           sum 
11   Dxi = 7    Dxj
   i (- I        j (- J
Regardons :
|            |     |                             |
|| sum         sum    ||     ||  sum                sum           ||
||11  pi- 7   pj|| =   ||11    (pi- Dxi) - 7   (pj- Dxj)||
|i (- I      j (- J |     |  i (- I             j (- J        |
                      sum               sum              154
               \<   11   | pi- Dxi |+ 7   | pj - Dxj|\< 155N- < 1
                     i (- I           j (- J
On en déduit l’égalité attendue, étant donné que le nombre dans le membre de gauche est un entier.

On en déduit par le cas précédent que tous les pi  sont nuls et donc que |xi| \< |Dxi|\< 1515N-  , ce qui est impossible si xi /= 0  par définition de N  .