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Problème

Pourquoi √2 ne s’écrit pas comme une fraction

Les pythagoriciens pensaient que tout nombre pouvait s’écrire comme une fraction. La diagonale d’un carré de côté 1, de longueur , leur a donné tort.

Selon la légende, Hippase de Métaponte, qui aurait révélé ce secret embarrassant, l’aurait payé de sa vie en périssant noyé.

Le problème

Le problème : démontrer qu’il n’existe pas d’entiers et tels que .

Un indice

Raisonnez par l’absurde, avec une fraction irréductible. Si le carré d’un entier est pair, que dire de cet entier ?

La démonstration

Supposons avec irréductible. Alors :

Donc est pair, et aussi : . En remplaçant, , soit : est pair lui aussi.

Or p et q ne peuvent pas être pairs tous les deux, puisque la fraction est irréductible : c’est absurde. Donc √2 est irrationnel.

Le lemme : si p² est pair, alors p est pair

Par contraposée : si est impair, il s’écrit , et

est impair. Un entier dont le carré est pair ne peut donc pas être impair.

Approcher √2

Irrationnel ne veut pas dire inaccessible : on sait approcher √2 d’aussi près qu’on le souhaite. Il y a près de 4 000 ans, un scribe babylonien en donnait déjà une valeur exacte à un millionième près, sur la tablette d’argile aujourd’hui appelée YBC 7289.

La méthode de Héron d’Alexandrie consiste à répéter, en partant de :

n

0

1

2

3

x_n

1

1,5

1,416 666…

1,414 215 686…

Le nombre de décimales exactes double à peu près à chaque étape : est déjà juste à 11 décimales.

Pour aller plus loin

Pour aller plus loin : adaptez la preuve pour montrer que est irrationnel. Pourquoi la même méthode échoue-t-elle pour ?

La réponse

Pour , le raisonnement est le même, avec « multiple de 3 » à la place de « pair » : si est multiple de 3, alors aussi, car 3 est premier.

Pour , l’égalité donne simplement : aucune contradiction, et pour cause, .

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