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\section{Titre} \section{Plats à tarte gradués}
Lors d'un tournoi de tartes, différentes familles veulent faire des découpages en parts égales. Lors d'un tournoi de tartes, différentes familles veulent faire des découpages en parts égales.
Chaque famille va fabriquer son propre moule à tarte sur lequel elle va indiquer des graduations qui correspondent aux endroits où il faut découper entre le centre et la graduation pour former des parts égales. C'est à dire que pour un nombre $u \in \mathbb{N}^*$, on va faire apparaître $u$ fois un trait avec le numéro $u$ indiqué sur le bord du moule à tarte formant un $u$-gone régulier inscrit dans le cercle. Chaque famille va fabriquer son propre moule à tarte sur lequel elle va indiquer des graduations qui correspondent aux endroits où il faut découper entre le centre et la graduation pour former des parts égales. C'est à dire que pour un nombre $u \in \mathbb{N}^*$, on va faire apparaître $u$ fois un trait avec le numéro $u$ indiqué sur le bord du moule à tarte formant un $u$-gone régulier inscrit dans le cercle.
Bien sûr, un même moule doit pouvoir avoir plusieurs graduations parce que le nombre $u$ de parts de tarte qu'on voudra faire n'est pas toujours le même suivant le nombre de convives. On note alors $N$ le nombre de numéros de graduations différentes qu'on veut faire apparaître et $S=\{u_1,\cdots,u_n\}$ l'ensemble des numéros qu'on veut faire apparaître. Bien sûr, un même moule doit pouvoir avoir plusieurs graduations parce que le nombre $u$ de parts de tarte qu'on voudra faire n'est pas toujours le même suivant le nombre de convives. On note alors $N$ le nombre de numéros de graduations différentes qu'on veut faire apparaître et $S=\{u_1,\cdots,u_n\}$ l'ensemble des numéros qu'on veut faire apparaître.
On peut identifier le moule à tarte à un cercle (car on ne veut faire que des tartes rondes) et les graduations à des points de ce cercle. On peut identifier le moule à tarte à un cercle (car on ne veut faire que des tartes rondes) et les graduations à des points de ce cercle.
Le centre de la tarte est supposé connu sans qu'il soit nécessaire de le graduer et on donnera un coup de couteau entre le centre et chacun des $u$ traits numérotés $u$ pour former les $u$ parts égales de la tarte.
Par exemple, le plat à tarte de graduation $S=\{4, 6\}$ peut être gradué en Par exemple, le plat à tarte de graduations $S=\{1,2,3,4,6\}$ peut être gradué en
\q Soit $a$ et $b$ deux entiers naturels distincts. On prend $N=2$, $u_1 = a$ et $u_2 = b$ de sorte que $S = \{a,b\}$. Quel est le nombre minimal de graduation à mettre sur le moule à tarte afin d'être capable de couper la tarte à la fois en $a$ parts égales ou en $b$ parts égales? \definecolor{ffxfqq}{rgb}{1,0.4980392156862745,0}
\definecolor{qqqqff}{rgb}{0,0,1}
%\begin{figure}\label{Tarte2346}
\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,>=triangle 45,x=1cm,y=1cm]
\clip(-7.1887117772063505,-5.214334927330245) rectangle (4.709645495055514,4.454700503069911);
\fill[line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq,fill=ffxfqq,fill opacity=0.1] (0,3) -- (-2.5921263903390326,1.510258513138707) -- (-2.5980356128150675,-1.4794595341455998) -- (-0.011818444952069662,-2.979436094568614) -- (2.580307945386963,-1.4896946077073219) -- (2.5862171678629995,1.5000234395769845) -- cycle;
\fill[line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq,fill=ffxfqq,fill opacity=0.1] (0,3) -- (-3,0) -- (0,-3) -- (3,0) -- cycle;
\fill[line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq,fill=ffxfqq,fill opacity=0.04] (3,0) -- (-1.5112146539727318,2.591569074830551) -- (-1.4999719814517594,-2.611041954849736) -- cycle;
\draw [line width=4pt,color=qqqqff] (0,0) circle (3cm);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-2.5921263903390326,1.510258513138707)-- (-2.5980356128150675,-1.4794595341455998);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-2.5980356128150675,-1.4794595341455998)-- (-0.011818444952069662,-2.979436094568614);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-0.011818444952069662,-2.979436094568614)-- (2.580307945386963,-1.4896946077073219);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (2.580307945386963,-1.4896946077073219)-- (2.5862171678629995,1.5000234395769845);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (2.5862171678629995,1.5000234395769845)-- (0,3);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (0,3)-- (-3,0);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-3,0)-- (0,-3);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (0,-3)-- (3,0);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (3,0)-- (0,3);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (3,0)-- (-1.5112146539727318,2.591569074830551);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-1.5112146539727318,2.591569074830551)-- (-1.4999719814517594,-2.611041954849736);
\draw [line width=1.2pt,dotted,color=ffxfqq] (-1.4999719814517594,-2.611041954849736)-- (3,0);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (-1.5112146539727318,2.591569074830551)-- (0,0);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,3)-- (0,0);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (-2.5921263903390326,1.510258513138707);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (-3,0);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (-2.5980356128150675,-1.4794595341455998);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (-1.4999719814517594,-2.611041954849736);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (-0.011818444952069662,-2.979436094568614);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (2.580307945386963,-1.4896946077073219);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (3,0);
\draw [line width=2pt,dash pattern=on 1pt off 1pt] (0,0)-- (2.5862171678629995,1.5000234395769845);
\begin{scriptsize}
\draw [fill=qqqqff] (0,0) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (0.06954538234337101,0.2617608760800316) node {centre};
\draw [fill=qqqqff] (0,3) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (0.1991571173353303,3.5150154243782072) node {$4\ 6$};
\draw [fill=qqqqff] (-2.5921263903390326,1.510258513138707) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (-3.0800197779612404,1.8948687369787174) node {$2\ 6$};
\draw [fill=qqqqff] (-2.5980356128150675,-1.4794595341455998) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (-3.0670586044620447,-1.721298669296944) node {$1\ 6$};
\draw [fill=qqqqff] (2.580307945386963,-1.4896946077073219) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (3.128382328153611,-1.8120268837913152) node {$2\ 6$};
\draw [fill=qqqqff] (2.5862171678629995,1.5000234395769845) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (3.0376541136592397,1.8948687369787174) node {$6$};
\draw [fill=qqqqff] (-3,0) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (-3.507738503434706,0.08030444709128878) node {$4$};
\draw [fill=qqqqff] (0,-3) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (0.13435124983935068,-3.302561836198846) node {$4\ 6$};
\draw [fill=qqqqff] (3,0) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (3.698673962118232,0.041420926593701016) node {$3\ 4$};
\draw [fill=qqqqff] (-1.5112146539727318,2.591569074830551) circle (2.5pt);
\draw[color=qqqqff] (-1.7579800810432553,3.1650637398999173) node {$3$};
\draw [fill=qqqqff] (-1.4999719814517594,-2.611041954849736) circle (2pt);
\draw[color=qqqqff] (-1.7579800810432553,-3.0044548457173397) node {$3$};
\end{scriptsize}
\end{tikzpicture}
%\end{figure}
Il y a donc $10$ graduations sur le plat à tarte
% de la Figure~\ref{Tarte2346}
avec au plus $2$ au même endroit sur cet exemple.
\q Soit $a$ et $b$ deux entiers naturels distincts. On prend $N=2$, $u_1 = a$ et $u_2 = b$ de sorte que $S = \{a,b\}$. Quel est le nombre minimal de graduations à mettre sur le moule à tarte afin d'être capable de couper la tarte à la fois en $a$ parts égales ou en $b$ parts égales?
\q On veut maintenant $N=3$ graduations, c'est-à-dire que $S=\{a,b,c\}$ avec $a,b,c \in \mathbb{N}^*$ deux à deux distincts. Quel est le nombre minimal de graduation à mettre sur le plat à tarte afin d'être capable de couper la tarte à la fois en $a$ parts égales, $b$ parts égales ou $c$ parts égales? \q On veut maintenant $N=3$ graduations, c'est-à-dire que $S=\{a,b,c\}$ avec $a,b,c \in \mathbb{N}^*$ deux à deux distincts. Quel est le nombre minimal de graduation à mettre sur le plat à tarte afin d'être capable de couper la tarte à la fois en $a$ parts égales, $b$ parts égales ou $c$ parts égales?
\q Par manque de place, on veut mettre au plus deux fois la même graduation en un point donné. Quelle est alors le nombre minimal de graduations à mettre sur le plat à tarte pour permettre les découpages $S =\{a,b,c\}$? %\q Par manque de place, on veut mettre au plus deux fois la même graduation en un point donné. Quelle est alors le nombre minimal de graduations à mettre sur le plat à tarte pour permettre les découpages $S =\{a,b,c\}$?
\medskip
Désormais, il y a différentes familles qui s'affrontent dans un tournoi de graduations de moules à tarte. Chacun famille doit choisir $N$ valeurs distinctes à graduer $S =\{u_1,\dots,u_N\}$. Désormais, il y a différentes familles qui s'affrontent dans un tournoi de graduations de moules à tarte. Chacun famille doit choisir $N$ valeurs distinctes à graduer $S =\{u_1,\dots,u_N\}$.
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item La famille \textbf{Première} choisit de graduer les $N$ premiers nombres premiers, soit $S^{p}_N = \{p_1,p_2,\cdots,p_N\}$. \item La famille \textbf{Première} choisit de graduer les $N$ premiers nombres premiers, soit $S^{p}_N = \{p_1,p_2,\cdots,p_N\}$.
\item La famille \textbf{Géométrique} choisit un entier $a \geqslant 2$ et de graduer les puissances de $a$, soit $S^g_N = \{1,a,a^2,\cdots,a^{N-1}\} $. \item La famille \textbf{Géométrique} choisit un entier $a \geqslant 2$ et de graduer les puissances de $a$, soit $S^g_N = \{1,a,a^2,\cdots,a^{N-1}\} $.
\item La famille \textbf{Complète} choisit de graduer les $N$ premiers nombres entiers naturels, soit $S^c_N = \{1,2,\cdots,N\}$. \item La famille \textbf{Complète} choisit de graduer les $N$ premiers nombres entiers naturels, soit $S^c_N = \{1,2,\cdots,N\}$.
\item La famille \textbf{Divisée} choisit le plus petit entier $\alpha_n$ qui admet exactement $N$ diviseurs $\delta_{1,\alpha_n}, \dots, \delta_{N,\alpha_N}$ et choisit de graduer les $N$ diviseurs de $\alpha_n$, soit $S^d_N = \{\delta_{1,\alpha_n},\cdots,\delta_{N,\alpha_N}\}$. \item La famille \textbf{Divisée} choisit le plus petit entier $\alpha_N$ qui admet exactement $N$ diviseurs $\delta_{1,\alpha_N}, \dots, \delta_{N,\alpha_N}$ et choisit de graduer les $N$ diviseurs de $\alpha_N$, soit $S^d_N = \{\delta_{1,\alpha_N},\cdots,\delta_{N,\alpha_N}\}$.
\end{itemize} \end{itemize}
Par exemple, si $N=6$, on a: Par exemple, si $N=6$, on a:
@ -31,18 +95,28 @@ Par exemple, si $N=6$, on a:
\item $S^d_6 = \{1,2,3,4,6,12\}$ car $\alpha_6 = 12$. \item $S^d_6 = \{1,2,3,4,6,12\}$ car $\alpha_6 = 12$.
\end{itemize} \end{itemize}
\q Les familles choisissent qu'il existe un point d'origine du cercle sur lequelle toutes les graduations apparaissent, combien y aura-t-il alors $G^p_N$ (resp. $G^g_N,G^c_N,G^d_N$) de graduations, pour la famille Première (resp. Géométrique, Complète, Divisée), sur le plat à tartes. Trouver une formule aussi simple que possible pour $G^p$ (resp. $G^g,G^c,G^d$) en fonction des éléments de $S_N^p$ (resp. $S^g_N, S^c_N, S^d_N$). \q Les familles choisissent qu'il existe un point d'origine du cercle sur lequelle toutes les graduations apparaissent, combien y aura-t-il alors $G^p_N$ (resp. $G^g_N,G^c_N,G^d_N$) de graduations, pour la famille Première (resp. Géométrique, Complète, Divisée), sur le plat à tartes.
Donner un encadrement le plus précis possible pour $G^p$ (resp. $G^g,G^c,G^d$).
% en fonction des éléments de $S_N^p$ (resp. $S^g_N, S^c_N, S^d_N$).
\q Les épaisseurs des traits de graduation posent des problèmes de lecture. Les familles veulent donc mettre le moins possible de graduations sur le plat à tartes. Elles se demandent si toutes les faire démarrer à la même origine est vraiment le plus efficace. \medskip
Peut-on trouver un exemple d'une famille $S_N^u = \{u_1,\cdots,u_N\}$ pour lequel il est possible de faire mieux quand les graduations ne démarrent pas toutes au même endroit
\sousq si $N=3$?
\sousq si $N=4$?
\sousq pour un $N$ assez grand?
\q Est-il possible que $S_N^u$ soit l'une des quatre familles décrites précédemment? Estimer aussi précisément que possible le nombre minimal de graduations $\widehat{G}^p$ (resp. $\widehat{G}^g, \widehat{G}^c, \widehat{G}^d$) dans ce cas. Les épaisseurs des traits de graduation posent des problèmes de lecture. Les familles veulent donc mettre le moins possible de graduations sur le plat à tartes. Elles se demandent si toutes les faire démarrer à la même origine est vraiment le plus efficace.
\q Peut-on trouver un exemple d'une famille $S_N^u = \{u_1,\cdots,u_N\}$ pour lequel il est possible de faire mieux quand les graduations ne démarrent pas toutes au même endroit
si $N=3$?
si $N=4$?
pour un $N$ assez grand?
Dans ce cas, estimer aussi précisément que possible le nombre $\widehat{G}^u_N$ de graduations qu'on peut mettre en fonction de $N$ et de $S=\{u_1,\dots,u_N\}$.
%\q Est-il possible que $S_N^u$ soit l'une des quatre familles décrites précédemment? Estimer aussi précisément que possible le nombre minimal de graduations $\widehat{G}^p$ (resp. $\widehat{G}^g, \widehat{G}^c, \widehat{G}^d$) dans ce cas.
\q Lorsque ce minimum est atteint, pour chacune des quatre familles précédemment décrite, combien doit-on mettre de graduations au même endroit au minimum? \q Lorsque ce minimum est atteint, pour chacune des quatre familles précédemment décrite, combien doit-on mettre de graduations au même endroit au minimum?
\q Existe-t-il un entier $N$ tel que pour $n > N$, l'ordre entre les $\widehat{G}^p$ (resp. $\widehat{G}^g, \widehat{G}^c, \widehat{G}^d$ fini par être toujours le même. Si oui, quel est cet ordre? \q Existe-t-il un entier $N$ tel que pour $n > N$, l'ordre entre les $\widehat{G}^p$ (resp. $\widehat{G}^g, \widehat{G}^c, \widehat{G}^d$ fini par être toujours le même. Si oui, quel est cet ordre?
\q Existe-t-il une suite $(u_n)_{n \in \mathbb{N}^*}$ telle que pour tout $N \in \mathbb{N}^*$, on a $S_N^u \leqslant \min(S^p_N,S^g_N,S^c_N,S^d_N)$?
\q Proposer et explorer d'autres pistes de recherche. \q Proposer et explorer d'autres pistes de recherche.