19/07/2015

Saviez-vous que les décimales de Pi contiennent votre date de naissance (et bien plus)?

pi_wrapping_paper_print.jpgLa chasse aux décimales de Pi n'est pas un sport mathématique comme les autres. Il occupe en tout cas les chercheurs depuis plus de 4000 ans. Le record en cours date de 2011, et ce sont deux Japonais, Alexander J. Yee et Shigeru Kondo, qui le détiennent, avec 10 000 milliards de décimales. Evidemment, ils n'ont pas obtenu ce résultat en deux heures de calcul, et il leur a même fallu 371 jours, soit plus d'une année, pour l'obtenir. Le nombre Pi, ou ∏ (16e lettre de l'aphabet grec), souvent défini en géométrie euclidienne comme le rapport entre la circonférence d'un cercle avec son diamètre, semble attesté par des tablettes babyloniennes d'environ 2000 ans avant J.-C.

Faire son histoire n'est pas mon but aujourd'hui. Pi comporte un nombre de décimales infini. Au point que si l'on observe ses 200 premiers millions de décimales, on peut y trouver n'importe quelle suite arbitraire de six (voire plus, avec un peu de chance) chiffres. En d'autres termes, n'importe quelle date de naissance à six chiffres est susceptible d'y figurer. Prenons un exemple. Mettons que vous fêtiez vos trente ans aujourd'hui, vous seriez donc né(e) le 19 juillet 1985, soit le 19.07.85. Cette suite, 190785, surgit bel et bien en position 93821 des décimales de Pi. Mieux, elle se trouve répétée 207 fois dans les 200 premiers millions de décimales de notre nombre. Pour vous amuser à trouver d'autres occurrences de dates, vous pouvez aller consulter un site d'utilisation très simple qui fera le calcul pour vous,

The Pi-Search Page

(le lien actif vous y renvoie directement). Vous pouvez bien sûr tenter l'expérience avec des nombres de plus de six chiffres. Et, en extrapolant, avec les lettres de votre prénom, moyennant codage préalable. Pi semble ainsi contenir n'importe quelle succession de chiffres de longueur finie. J'écris "semble" à dessein. Car il s'agit là de la définition d'un nombre univers, dénommé ainsi car on peut y trouver (selon un codage en chiffres prédéterminé), tous les livres déjà écrits et à venir, l'histoire de nos vies, sa contradiction, la liste de tous les numéros gagnants dans l'ordre de l'Euromillions pour les dix ans à venir, et j'en passe. Sauf qu'on ne sait pas, aujourd'hui, si Pi est un nombre univers ou non. Je me contenterai donc de rappeler que Pi est 1) un nombre réel irrationnel, car il ne peut pas s'exprimer comme le rapport entre deux nombres entiers, et 2) un nombre transcendant, car il n'est racine d'aucune équation polynomiale. Mais je reviendrai sur tout cela de manière plus sérieuse et analytique dans quelque temps.

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14/06/2015

Pourquoi certains théorèmes sont-ils hors de notre portée?

 

Bibliotheque.jpgVoyez ces magnifiques rayonnages de livres qui s’alignent. Ils ne suffiraient même pas à contenir certaines démonstrations mathématiques particulièrement longues et complexes. Ni même les décimales de Pi. En octobre 2014, on en a ainsi identifié 13 000 milliards pour ce nombre transcendant. Un record ! Mais pour les contenir toutes, il faudrait environ 6 millions de volumes de mille pages chacun. Légèrement décourageant, on va dire. Sont-elles alors stockables sur le net ? Oui, mais je vous laisse imaginer le nombre d’octets nécessaires à cela.

Venons-en à présent au cas du «théorème géant», ainsi dénommé parce que la taille de sa démonstration défie nos capacités cognitives. En théorie des groupes, il désigne la démonstration du théorème de classification des groupes finis simples. En 1980, celle-ci a été considérée comme achevée. Petit problème : elle tient sur environ 15 000 pages (soit une quinzaine d’ouvrages de mille pages chacun) et se trouve dispersée dans 500 articles rédigés par une centaine de chercheurs. Dispersée dans des revues poussiéreuses, enfouie dans des collections inaccessibles, donc quelque part menacée par l’oubli, puisque seule une frange étroite de chercheurs peut en disposer, y compris sur internet. Et cela sans parler de sa fragilité. Quel mathématicien a pu la lire entièrement ? Qu’est-ce qui garantit, au fond, qu’elle ne contient aucune erreur ?

Dans cette optique, une démonstration de seconde génération, plus simple, a été entreprise depuis par plusieurs mathématiciens. Bonheur, elle ne s’étale que sur 5 000 pages et une douzaine de volumes, dont la moitié a déjà été publiée. Oui, mais c’est encore trop, et la communauté envisage désormais une démonstration de troisième génération qui tiendrait idéalement sur mille pages.

Pour arriver à leurs fins, les mathématiciens disposent aujourd’hui sur le net de plateformes collaboratives, telle polymathprojects.org, qui leur permettent d’avancer notablement sur certains problèmes irrésolus. Le projet 8 de cette plateforme étudie par exemple les écarts entre premiers consécutifs, et par ce biais, on a pu faire un pas de géant vers la démonstration de la conjecture des nombres premiers jumeaux (j’en ai déjà parlé dans plusieurs billets que je vous laisse redécouvrir si le cœur vous en dit). Avec un peu de chance, le théorème géant dont je parlais plus haut sera donc un jour à peu près accessible à tout le monde. Réjouissant, non ? Certes, mais il y a encore pire.

A savoir le célèbre problème de la «Discrepancy», soulevé en 1930 par le grand mathématicien hongrois Paul Erdös (1913 – 1996) et qui concerne, pour faire simple, les sous-suites d’«indice arithmétique» en théorie combinatoire des nombres. Je vous fais grâce de son énoncé (mais y reviendrai dans un prochain billet) pour ne parler que de la taille de sa preuve dans le cas K = 2. On note en effet généralement Discrep(K) la conjecture correspondant à l’entier K. Et si Discrep(1) est relativement aisée à résoudre, Discrep(2) est en revanche restée irrésolue durant 80 ans.

Sa démonstration, établie il y a peu par un ordinateur et par le travail de deux chercheurs de l’Université de Liverpool (Boris Konev et Alexei Lisitsa) via le projet Polymath, couvre 13 giga-octets ou gigabytes (soit autant que tout Wikipédia), ou, en termes d’impression, 13 000 ouvrages de 1000 pages chacun. Je n’ose imaginer ce qu’il en serait pour le cas Discrep(K) ! On s’évertue aujourd’hui à la simplifier. Ce n’est pas pour demain, ai-je envie d’ajouter.

 

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29/05/2015

Que nous racontent les nombres intouchables?

réglettes.JPGVous souvenez-vous de ces réglettes que vous avez sans doute tenues en mains à l'école enfantine? Je suis sûr que oui. Inventées en 1945, les réglettes Cuisenaire portent le nom de leur créateur, un pédagogue belge, et sont destinées à familiariser les enfants au calcul. Sur cette image, elles sont de quatre couleurs et représentent les diviseurs de 10. Soit 1, 2, 5 et 10. L'observation des diviseurs et des rapports ou propriétés qu'ils peuvent entretenir avec certains nombres a toujours intéressé les mathématiciens. Il y a quelques mois, j'avais consacré un billet aux nombres parfaits, qui sont des entiers égaux à la somme de leurs diviseurs stricts (lire ici). Rappelons qu'un diviseur strict (ou partie aliquote dans l'ancienne terminologie) d'un entier n est un diviseur de n distinct de n. Exemple: les diviseurs stricts de 15 sont 1, 3 et 5.

La définition de nombre intouchable n'est guère plus compliquée. Un nombre (entier naturel, ce que je ne préciserai plus dans la suite de ce billet) est dit intouchable s'il ne peut pas être exprimé comme la somme de tous les diviseurs stricts d'un entier donné. Cette somme inclut ainsi forcément le nombre 1, diviseur strict de tous les entiers. Un exemple sera plus parlant. 5 est intouchable, car la seule somme d'entiers strictement positifs incluant 1 est 1 + 4. Or 4 est divisible par 2. Voyons à présent un contre-exemple en reprenant le nombre 15, dont les diviseurs stricts sont 1, 3 et 5. Leur somme est égale à 9. Ce qui signifie que 9 n'est pas un nombre intouchable, tout simplement. Une fois leur définition posée, les nombres intouchables peuvent se déployer. Ils ne sont pas légion. Voici les premiers qu'on peut recenser:

2, 5, 52, 88, 96, 120, 124, 146, 162, 188, 206, 210, 216, 238, 246, 248, 262, 268, 276, 288, 290, 292, 304, 306, 322, 324, 326, 336, 342, 372, 406, 408, 426, 430, 448, 472, 474, 498, 516, 518, 520, 530, 540, 552, 556, 562, 576, 584, 612, 624, 626, 628, 658

Par déduction, on remarque vite qu'aucun nombre parfait ne peut être intouchable. Mais quelque chose d'autre frappe immédiatement au vu de cette liste. Elle ne contient, hormis 5, aucun nombre impair. S'agit-il de l'unique intouchable impair? On ne le sait pas, mais on suppose que oui, même si cette conjecture n'est toujours pas démontrée. Si elle l'était, cela signifierait que 2 et 5 sont les seuls nombres premiers intouchables. En revanche, le célèbre mathématicien hongrois Paul Erdös (1913 - 1996), sur lequel je consacrerai un billet dans le courant de l'année, a démontré qu'il existait une infinité de nombres intouchables. Depuis, des chercheurs auraient observé, à l'aide d'ordinateurs, qu'environ un tiers des nombres pairs sont intouchables, mais que la proportion décroit selon une loi qui reste à trouver. Une propriété qui semble n'avoir aucun rapport avec la taille des nombres examinés. Ces problèmes ouverts sont relativement peu traités sur les sites que j'ai pu parcourir. Leurs résolutions ouvriraient-elles d'autres perspectives? Probablement.

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