Derrière les nombres

Je suis né dans les prairies, là où les vents soufflent librement et où rien n'arrête la lumière du soleil. Je suis né là où il n'y a pas de barrières...

Geronimo (sur mon Tshirt!)

Illustration mathématiques

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Derrière les nombres — séquence Math et Philo de 3e

3ᵉ Mathématiques Philosophie

Depuis des siècles, l'humanité a voulu croire que tout nombre pouvait s'écrire comme une fraction : un numérateur, un dénominateur, et tout serait ordonné.

Mais certaines découvertes ont bousculé cette vision. Les Grecs de l'Antiquité ont montré que la racine carrée de 2 ne peut pas être écrite comme une fraction. Ce fut une véritable révolution : le nombre devint « irrationnel ».

Cette découverte, nous allons la refaire ensemble — et la démontrer.

Le problème

Prenez un carré dont le côté mesure 1. Sa diagonale mesure √2, c'est le théorème de Pythagore qui le dit : 1² + 1² = 2.

Cette longueur existe, on peut la tracer à la règle : elle est là, sous les yeux. La question des Grecs est autre : peut-on la mesurer ? C'est-à-dire trouver une unité, si petite soit-elle, qui tienne un nombre entier de fois dans le côté et un nombre entier de fois dans la diagonale. Si oui, le rapport des deux serait une fraction p/q.

Pendant longtemps, on a cru que c'était toujours possible. On a cherché cette fraction. On ne l'a jamais trouvée — et pour cause.

La démonstration : √2 n'est pas une fraction

L'idée est celle du raisonnement par l'absurde : on suppose vrai le contraire de ce qu'on veut prouver, et on montre que cette supposition mène à une impossibilité. Il ne reste alors qu'une issue : la supposition était fausse.

  1. Supposons que √2 s'écrive comme une fraction. On peut toujours la rendre irréductible : on la simplifie tant qu'on peut. On a donc √2 = p/q, avec p et q entiers qui n'ont plus aucun diviseur commun. En particulier, ils ne sont pas tous les deux pairs.
  2. En élevant au carré : 2 = p² / q²   donc   p² = 2 q² Le nombre est donc pair.
  3. Or le carré d'un nombre impair est impair : 3² = 9, 5² = 25, 7² = 49… Si est pair, c'est donc que p lui-même est pair. Écrivons-le p = 2k.
  4. Remplaçons dans l'égalité du point 2 : (2k)² = 2 q²   soit   4 k² = 2 q²   soit   q² = 2 k² Le nombre est donc pair lui aussi, et par le même argument qu'au point 3, q est pair.
  5. Contradiction. Nous venons de montrer que p et q sont tous les deux pairs, alors que nous étions partis d'une fraction irréductible, où c'était justement impossible.

La supposition de départ ne tient pas : √2 ne peut pas s'écrire comme une fraction. Aucune. Jamais.

Ce que la démonstration a de particulier. Elle ne dit pas « on n'a pas trouvé » : elle dit « il n'y en a pas ». C'est une preuve d'impossibilité, et c'est ce qui la rend définitive. Une calculatrice, elle, affiche 1,414213562… et s'arrête faute de place ; elle ne prouve rien du tout. Vingt siècles d'essais infructueux ne prouveraient rien non plus. Une page de raisonnement suffit.

Un mot à interroger : « irrationnel »

👉 En grec ancien comme en latin, ratio signifie à la fois « raison » et « rapport ». Dire qu'un nombre est irrationnel, ce n'est donc pas dire qu'il est « fou » ou « absurde » : c'est dire qu'il échappe aux rapports simples entre entiers.

Le vocabulaire garde pourtant la trace du trouble qu'a causé la découverte. Les Grecs parlaient de longueurs incommensurables — littéralement : qu'aucune mesure commune ne peut comparer. Le mot n'accusait pas le nombre d'être déraisonnable ; il constatait que notre outil, la fraction, ne suffisait plus.

La question philosophique

Ces découvertes mathématiques posent une question que les mathématiques, seules, ne tranchent pas :

Que signifie penser l'infini, l'incommensurable, ce qui dépasse nos catégories habituelles ?

Quelques pistes pour la discussion collective :

Ce que nous apprendrons

À travers des exemples concrets, des démonstrations accessibles et des discussions collectives

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