Des dénominateurs à l’infini


Norbert Verdier

Empilement de fractions qui ne s’arrêtent jamais, les fractions continues ont été étudiées par les plus grands mathématiciens, notamment Euler et Lagrange, mais aussi Galois. Plongée au cœur de ces fractions aux étranges dénominateurs.

Considérons l’équation xx – 1 = 0, dont un calcul montre qu’elle admet pour unique solution positive le nombre  

Cette équation est équivalente à x(x + 1) = 1, et donc à 

 

À présent, remplaçons le x du dénominateur par  ce qui donne 

 

Rien n’empêche de recommencer, encore et encore, ce qui suggère la possibilité d’écrire x sous forme d’une fraction « qui ne s’arrête pas » — on parle de fraction continue :
 

 

 

Des stars parmi les nombres

Dans son Introduction à l’analyse infinitésimale parue en traduction française en 1796, Euler synthétise ainsi la notion : « J’appelle fraction continue une fraction dont le dénominateur est composé d’un nombre entier joint à une fraction, qui a elle-même pour dénominateur un entier & une fraction formée de la même manière que les précédentes, ainsi de suite, soit qu’il y ait un nombre infini de fractions, soit qu’il n’y en ait qu’un nombre fini. » 

En modifiant un signe dans notre équation de départ pour considérer plutôt x– x – 1 = 0, on obtient là aussi une unique racine positive, qui est cette fois le fameux nombre d’or,  que l’on notera φ.

En procédant exactement comme plus haut, on ... Lire la suite


références

Démonstration d’un théorème sur les fractions continues périodiques. Évariste Galois, 
Annales de mathématiques pures et appliquées 19, 1829.

Le premier article de Galois, élève au collège Louis-le-Grand. Norbert Verdier, Christian Gérini 
et Alexandre Moatti, in Bibnum, 2018. doi.org/10.4000/bibnum.586

Continued fractions, Alexandre Iakovlevitch Khinchin, troisième édition,
The University of Chicago Press, 1964.