Théorème de Minkowski dans le plan

(Oral Ens Mp/Mpi)

Soit {(u,v)} une base de {\mathbb{R}^2}, et soit : {L=\left\{au+bv\mid a,b\in\mathbb Z\right\}.}Une {\mathbb Z}-base de {L} est une paire de vecteurs permettant une écriture unique de tout élément de {L} comme combinaison linéaire à coefficients entiers.

Question a)
Montrer que {L} est un sous-groupe additif de {\mathbb{R}^2} et que {(u,v)} en est une {\mathbb Z}-base.
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Question b)
Montrer que l’aire {\mathcal A} du parallélogramme formé par une {\mathbb Z}-base de {L} est indépendante de la base choisie.
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Question c)
Montrer que {\mathbb{R}^2} est la réunion disjointe des {a+\Delta}, pour {a\in L}, où : {\Delta=[0,1[u+[0,1[v.}
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Question d)
Soit {D} un polygone convexe, symétrique par rapport à l’origine, d’aire strictement supérieure à {4\mathcal A}. Montrer que {D} contient un point non nul de {L}.

Indication : chercher {x\neq y} dans {D} tels que {x-y\in2L}.

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Author: Jean-Michel Ferrard

Professeur de mathématiques en classe préparatoire aux grandes écoles.