Nombres rationnels
Par Jerome le lundi 15 février 2010, 09:55 - Mathématiques - Lien permanent
Les nombres rationnels portent-ils ce nom parce qu'ils seraient plus raisonnables ou plus conformes à la raison que les autres nombres?
On raconte que le pythagoricien qui
aurait découvert que la diagonale du carré de côté 1 valait , considéré comme incommensurable, a été jeté par-dessus bord
au cours d'une pêche tragique ou encore qu'Hippase de
Métaponte a été excommunié, coupable d'avoir découvert ces nombres
irrationnels
. Léon Brunschvicg, dans
Le rôle du pythagorisme dans l'évolution des idées, évoque que
cette harmonie entre l'intelligible et le réel sur laquelle reposait leur
conception du monde et de la vie, voici qu'elle se rompt avec une évidence
contraignante, avec un éclat douloureux et cruel de l'application scrupuleuse
des méthodes qui avaient fait l'honneur de l'École
.
Pourtant si ces nombres sont rationnels, c'est qu'il y deux sens du mot latin ratio : l'un qui renvoie bien à la raison et un autre qui signifie calcul, compte que l'on retrouve en français dans le mot ratio. C'est aussi par cette dernière étymologie que l'on parle de la raison d'une suite géométrique.
Muni des lois + et ., l'ensemble forme un anneau. Les
entiers
relatifs ne possèdent pas d'inverse pour la loi multiplicative. Pour former
le corps des
fractions
, on considère l'ensemble des nombres rationnels :
Cet ensemble est noté comme quotient.
L'idée pour construire les nombres rationnels est proche de celle utilisée
pour la construction des nombres relatifs. Il s'agit de poser
une relation
d'équivalence sur un espace produit : dans le cas des nombres relatifs,
c'était sur l'ensemble des couples d'entiers naturels ; pour les nombres rationnels, ce
sera l'ensemble des couples d'entiers relatifs
où le second élément du couple
est non nul.
Deux couples de seront équivalents si et
seulement si leurs produits en croix sont égaux :
Sur , des couples étaient équivalents
lorsque leurs sommes en croix étaient égales.
L'addition et la multiplication sont définies par :
et
Ce qui revient bien aux lois usuelles des fractions :
Les opérations sont alors bien définies si le résultat ne change pas lorsqu'un couple est remplacé par un autre qui lui est équivalent.
Georg Cantor a montré que l'ensemble des
rationnels est dénombrable,
c'est-à-dire que l'ensemble des nombres rationnels peut être mis en bijection
avec l'ensemble des entiers naturels. Puisqu'il est possible d'associer un à un
les entiers naturels avec les nombres rationnels, on peut dire qu'il y a le
même nombre de rationnels que d'entiers naturels. Cantor nota ce nombre avec la
première lettre de l'alphabet hébreu aleph :