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Mathématiques expertes (option) · Terminale

Les congruences : cours de Terminale Maths expertes

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Deux entiers sont congrus modulo nn si leur différence est divisible par nn, ou si leurs restes dans la division euclidienne par nn sont égaux 3.
  • On note a≡b [n]a \equiv b \ [n] ; cela équivaut à : il existe un entier kk tel que a−b=kna - b = kn.
  • La congruence est compatible avec la somme, la différence, le produit et les puissances : on peut remplacer chaque nombre par un congru plus petit avant de calculer.
  • Piège : on ne simplifie pas librement. ka≡kb [n]ka \equiv kb \ [n] n'entraîne pas a≡b [n]a \equiv b \ [n] en général.
  • Méthode type : chercher une puissance congrue à 11, puis réduire l'exposant par la division euclidienne.

Introduction : pourquoi s'intéresser aux restes ?

Quand tu lis l'heure sur une horloge à 12 heures, tu fais déjà des calculs avec des restes. Quand le cadran atteint 12, il recommence à zéro : on travaille alors « modulo 12 » 3. Par exemple, 9 heures et 21 heures s'affichent de la même façon : on dit que 9 et 21 sont congrus modulo 12, comme 33 et 45 3.

Dans ce cours, tu vas transformer cette intuition en outil de calcul. Tu sais déjà qu'une division euclidienne donne un quotient et un reste. Les congruences utilisent uniquement le reste et permettent de manipuler des entiers énormes en les remplaçant par de tout petits nombres.

Cette notion a une histoire. Elle est bien plus ancienne que Galois : Euler (1707-1783) en avait parfaitement compris l'intérêt et la manipulait avec aisance 1. Elle a été présentée de façon systématique par Gauss dans ses Disquisitiones arithmeticae en 1801, où il considère la somme et le produit d'entiers directement au niveau des congruences 3. Aujourd'hui, elle sert en théorie des nombres, en algèbre et en cryptographie 3.

Définition d'une congruence

Démonstration · Pourquoi « même reste » équivaut à « différence multiple de $n$ »

Écrivons les divisions euclidiennes a=nq+ra = nq + r et b=nq′+r′b = nq' + r' avec 0≤r,r′<n0 \leq r, r' < n.

Si r=r′r = r', alors a−b=n(q−q′)a - b = n(q - q') : la différence est un multiple de nn.

Réciproquement, supposons a−b=kna - b = kn. Alors r−r′=(a−b)−n(q−q′)=n(k−q+q′)r - r' = (a - b) - n(q - q') = n(k - q + q') est un multiple de nn. Or rr et r′r' sont compris entre 00 et n−1n-1, donc −n<r−r′<n-n < r - r' < n. Le seul multiple de nn dans cet intervalle est 00, donc r=r′r = r'.

Lire une congruence : les restes et les « colonnes »

Fixons n=5n = 5. Rangeons les entiers relatifs dans un tableau à cinq colonnes, selon leur reste dans la division par 55. Tous les nombres d'une même colonne sont congrus entre eux modulo 55. Cette idée de regrouper les nombres par colonnes est précisément ce qui rend les congruences utiles pour étudier des équations en nombres entiers 1.

Les entiers rangés par reste modulo 5
Reste 0Reste 1Reste 2Reste 3Reste 4
-5-4-3-2-1
01234
56789
1011121314
Les entiers rangés par reste modulo 5 · Les nombres d'une même colonne sont congrus entre eux modulo 5.

Les propriétés de la congruence

Démonstration · Transitivité

Si a−b=kna - b = kn et b−c=k′nb - c = k'n, alors en additionnant, a−c=(k+k′)na - c = (k + k')n. Donc a≡c [n]a \equiv c \ [n]. La réflexivité vient de a−a=0=0×na - a = 0 = 0 \times n et la symétrie de b−a=−(a−b)=(−k)nb - a = -(a - b) = (-k)n.

Grâce à ces trois propriétés, une congruence se manipule presque comme une égalité : tu peux enchaîner a≡b≡ca \equiv b \equiv c pour conclure a≡ca \equiv c.

Calculer avec les congruences : somme et produit

Le point fort de l'approche de Gauss est que l'on peut additionner et multiplier directement les congruences, sans repasser par les nombres de départ 3. C'est ce qui permet de travailler avec des restes plutôt qu'avec de grands nombres.

Démonstration · Somme et produit

On écrit a=b+kna = b + kn et c=d+k′nc = d + k'n avec k,k′k, k' entiers.

Somme : a+c=b+d+(k+k′)na + c = b + d + (k + k')n, donc a+c≡b+d [n]a + c \equiv b + d \ [n].

Produit : ac=(b+kn)(d+k′n)=bd+n(bk′+dk+kk′n).ac = (b + kn)(d + k'n) = bd + n(bk' + dk + kk'n). La quantité entre parenthèses est un entier, donc ac−bdac - bd est un multiple de nn : ac≡bd [n]ac \equiv bd \ [n].

Puissance : on applique le produit de façon répétée (par récurrence sur pp) avec c=ac = a et d=bd = b.

Puissances et périodicité des restes

Calculer le reste de 31003^{100} dans la division par 77 en développant 31003^{100} serait absurde. Les congruences donnent un chemin court : les restes successifs des puissances se répètent, et on exploite cette répétition.

Résoudre des congruences

Une congruence peut contenir une inconnue, comme 3x≡4 [7]3x \equiv 4 \ [7]. Résoudre, c'est trouver tous les entiers xx qui la vérifient. Avec la compatibilité, si xx est solution alors tout entier congru à xx modulo nn l'est aussi : il suffit donc de tester les nn restes possibles.

Applications : critères de divisibilité et équations en nombres entiers

Les congruences servent à démontrer des critères de divisibilité et à étudier des équations dont on ne cherche que les solutions entières. De telles équations s'appellent diophantiennes, d'après Diophante, mathématicien grec d'Alexandrie au 2e siècle de notre ère 1. Regrouper les nombres par colonnes, c'est-à-dire par restes, peut être très utile pour les résoudre 1.

Démonstration · Preuve du critère par 9

Comme 10≡1 [9]10 \equiv 1 \ [9], on a 10k≡1 [9]10^k \equiv 1 \ [9] pour tout entier naturel kk. Si N=ap10p+⋯+a110+a0N = a_p 10^p + \dots + a_1 10 + a_0 avec aia_i chiffres, alors N≡ap+⋯+a1+a0 [9].N \equiv a_p + \dots + a_1 + a_0 \ [9]. Un entier et la somme de ses chiffres ont donc le même reste modulo 99. En particulier, l'un est divisible par 99 si et seulement si l'autre l'est. Le même raisonnement fonctionne modulo 33.

Erreurs fréquentes et bilan

Exercices corrigés

Exercice 1 Un reste dans la division par 7

★☆☆Environ 5 min

Détermine le reste de la division euclidienne de 20262026 par 77, puis le reste de 2026×152026 \times 15 par 77 en utilisant les congruences.

Indice 1

Commence par écrire 2026=7q+r2026 = 7q + r. Essaie q=289q = 289.

Indice 2

Réduis aussi 1515 modulo 77 avant de multiplier.

Voir la correction pas à pas
  1. On a 7×289=20237 \times 289 = 2023 et 2026−2023=32026 - 2023 = 3, donc 2026≡3 [7]2026 \equiv 3 \ [7] : le reste est 33.

  2. On réduit 1515 : 15=2×7+115 = 2 \times 7 + 1, donc 15≡1 [7]15 \equiv 1 \ [7].

  3. Par compatibilité avec le produit : 2026×15≡3×1=3 [7]2026 \times 15 \equiv 3 \times 1 = 3 \ [7].

  4. Le reste cherché est donc 33. Contrôle : 2026×15=30390=7×4341+32026 \times 15 = 30390 = 7 \times 4341 + 3.

Réduire chaque facteur avant de multiplier évite de manipuler de gros nombres. Le résultat final est 33.

Exercice 2 Reste d'une grande puissance

★★☆Environ 10 min

Détermine le reste de la division euclidienne de 31003^{100} par 77. Pour cela, calcule les premières puissances de 33 modulo 77 et repère une période.

Indice 1

Calcule 31,32,…3^1, 3^2, \dots modulo 77 jusqu'à tomber sur 11.

Indice 2

Écris l'exposant 100100 sous la forme 6q+r6q + r.

Voir la correction pas à pas
  1. 31≡33^1 \equiv 3, 32=9≡23^2 = 9 \equiv 2, 33≡63^3 \equiv 6, 34≡18≡43^4 \equiv 18 \equiv 4, 35≡12≡53^5 \equiv 12 \equiv 5, 36≡15≡1 [7]3^6 \equiv 15 \equiv 1 \ [7].

  2. On a donc 36≡1 [7]3^6 \equiv 1 \ [7] : la période est 66.

  3. Division euclidienne de l'exposant : 100=6×16+4100 = 6 \times 16 + 4.

  4. Alors 3100=(36)16×34≡116×34 [7]3^{100} = (3^6)^{16} \times 3^4 \equiv 1^{16} \times 3^4 \ [7].

  5. Or 34=81=7×11+43^4 = 81 = 7 \times 11 + 4, donc 3100≡4 [7]3^{100} \equiv 4 \ [7].

Le reste est 44. La méthode se généralise : trouver la période, puis réduire l'exposant.

Exercice 3 Dernier chiffre d'une puissance

★★☆Environ 10 min

Quel est le dernier chiffre de l'écriture décimale de 720267^{2026} ?

Indice 1

Le dernier chiffre d'un entier est son reste modulo 1010.

Indice 2

Cherche la plus petite puissance de 77 congrue à 11 modulo 1010.

Voir la correction pas à pas
  1. On travaille modulo 1010 : 71≡77^1 \equiv 7, 72=49≡97^2 = 49 \equiv 9, 73≡63≡37^3 \equiv 63 \equiv 3, 74≡21≡1 [10]7^4 \equiv 21 \equiv 1 \ [10].

  2. La période est donc 44.

  3. On a 2026=4×506+22026 = 4 \times 506 + 2.

  4. Ainsi 72026=(74)506×72≡1×49≡9 [10]7^{2026} = (7^4)^{506} \times 7^2 \equiv 1 \times 49 \equiv 9 \ [10].

Le dernier chiffre de 720267^{2026} est 99.

Exercice 4 Résoudre une congruence et prouver une impossibilité

★★★Environ 15 min

1. Trouve le plus petit entier naturel xx tel que 3x≡4 [7]3x \equiv 4 \ [7].

2. Démontre que l'équation x2−4y=3x^2 - 4y = 3 n'admet aucune solution entière (x;y)(x ; y).

Indice 1

Pour la question 1, fais un tableau des valeurs de 3x3x modulo 77 pour xx de 00 à 66.

Indice 2

Pour la question 2, réduis l'équation modulo 44 et liste les carrés possibles.

Voir la correction pas à pas
  1. Question 1 : on calcule 3x mod 73x \bmod 7 pour x=0,1,…,6x = 0, 1, \dots, 6 : on obtient 0,3,6,2,5,1,40, 3, 6, 2, 5, 1, 4.

  2. Seule la valeur x=6x = 6 donne le reste 44. Le plus petit entier naturel solution est donc 66 (les solutions sont 6+7k6 + 7k).

  3. Question 2 : si (x;y)(x ; y) était solution, on aurait x2=3+4yx^2 = 3 + 4y, donc x2≡3 [4]x^2 \equiv 3 \ [4].

  4. Tout entier xx est congru à 00, 11, 22 ou 33 modulo 44, donc x2x^2 est congru à 00, 11, 4≡04 \equiv 0 ou 9≡19 \equiv 1 modulo 44.

  5. Un carré n'est donc jamais congru à 33 modulo 44 : contradiction. L'équation n'a aucune solution entière.

Tester tous les restes possibles est une méthode complète : elle donne les solutions ou prouve qu'il n'y en a pas. Réponse de la question 1 : 66.

Quiz

8 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Parmi ces couples, lequel est formé de deux entiers congrus modulo 44 ?

  2. Vrai ou faux : −1≡4 [5]-1 \equiv 4 \ [5].

  3. Quel est le reste de la division euclidienne de 100100 par 77 ?

  4. Quels entiers sont congrus à 22 modulo 55 ?

    Plusieurs réponses possibles.

  5. On sait que a≡b [n]a \equiv b \ [n] et c≡d [n]c \equiv d \ [n]. Quelle conclusion est toujours correcte ?

  6. Vrai ou faux : modulo 11, deux entiers quelconques sont congrus.

  7. Quel est le reste de 2152^{15} dans la division par 1111 ?

  8. On a 6x≡6y [9]6x \equiv 6y \ [9]. Que peut-on affirmer ?

Les questions qu'on se pose

À quoi servent les congruences concrètement ?

Elles permettent de remplacer de très grands nombres par de petits restes. Elles servent à trouver un dernier chiffre, à démontrer des critères de divisibilité, à montrer qu'une équation n'a pas de solution entière et à étudier les équations diophantiennes 1. Elles sont aussi utilisées en théorie des nombres, en algèbre générale et en cryptographie 3.

Quelle est la différence entre « = » et « ≡ » ?

Le signe == dit que deux nombres sont identiques. Le signe ≡\equiv dit que deux entiers ont le même reste dans la division par un module donné 3. Ainsi 7≡10 [3]7 \equiv 10 \ [3] est vrai alors que 7≠107 \neq 10.

Comment savoir quel module choisir pour une équation ?

Choisis un module pour lequel les restes possibles sont peu nombreux et font apparaître une contradiction. Les modules 33, 44, 55, 77, 88 et 99 reviennent souvent. Pour un carré, par exemple, le module 44 ou 88 est très efficace. Si un premier module ne conclut pas, essaie-en un autre.

Peut-on diviser les deux membres d'une congruence ?

Pas librement. Par exemple, 6≡24 [9]6 \equiv 24 \ [9] mais 1≢4 [9]1 \not\equiv 4 \ [9]. Pour simplifier, il faudra des outils vus plus tard dans le chapitre : le PGCD, le théorème de Bézout et le théorème de Gauss. En attendant, on résout en testant les restes.

Un reste peut-il être négatif ?

Non : le reste d'une division euclidienne est compris entre 00 et n−1n-1. En revanche, tu peux utiliser un représentant négatif dans un calcul, par exemple 9≡−1 [10]9 \equiv -1 \ [10], car la congruence ne l'interdit pas. Au moment de donner le reste final, ramène-le entre 00 et n−1n-1.

Sources

  1. Images des mathématiques – Arithmétique – CNRS, CNRS. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Congruence, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Congruence sur les entiers, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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