Pierre de Fermat

Pierre de Fermat : encyclopédie mathématiques

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**Pierre de Fermat**

Naissance	Première décennie du XVII^esiècle Beaumont-de-Lomagne (France)
Décès	12 janvier 1665 Castres (France)
Nationalité	Française
Champs	Mathématiques et droit
Institution	Académie des Sciences Inscriptions et Belles-Lettres de Toulouse, Parlement de Toulouse
Célèbre pour	Dernier théorème de Fermat, géométrie analytique, petit théorème de Fermat, probabilité
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Pierre de Fermat, né dans la première décennie du XVII^e siècle^[1]^, ^[2], à Beaumont-de-Lomagne, près de Montauban, et mort le 12 janvier 1665 à Castres, est un juriste et mathématicien français, surnommé « le prince des amateurs ».

Sommaire

[modifier] Biographie

Son père, Dominique Fermat, était un marchand aisé, bourgeois et second consul de la ville comme marchand de cuir et autres denrées. On ne sait pas où Pierre de Fermat a effectué ses études primaires. Par la suite, il fait des études à Toulouse et de droit à Orléans. Dès 1630, il achète une charge de conseiller du roi à la Chambre des Requêtes du Parlement de Toulouse. Il épouse cette année-là Louise de Long avec qui il aura cinq enfants. Avec fidélité et assurance dans cet emploi de magistrat, il remplit sa tâche et grimpe rapidement les échelons vers des fonctions à la Chambre Criminelle et la Grand’ Chambre; il obtiendra également d'être membre de la chambre de l'édit de Castres (1642).

Il fut membre de l'Académie des Sciences Inscriptions et Belles-Lettres de Toulouse.

Ses talents de mathématicien se sont exercés à part de son travail de magistrat puisque les grands écrits que l'on a retrouvés de lui sont des annotations dans des textes renommés tels l'Arithmetica de Diophante et une partie de sa correspondance avec les scientifiques du XVII^e siècle. Sa formation en tant que mathématicien n'est que peu connue : il semble qu'il a étudié les œuvres de François Viète qu'il trouve dans la bibliothèque d'un ami, Étienne d'Espagnet.

À ses amis mathématiciens (Beaugrand, Pascal, Descartes, Roberval, Torricelli, Huygens, Marin Mersenne), il demande de démontrer par la preuve les théories qu'il avance ce qui ravive quelquefois l'ire des autres envers lui. Il se dispute en particulier avec Descartes en 1640. En 1652, la peste qui ravage la France s'attaquera à lui, mais il y fera face et la combattra. Ce n'est qu'en 1670 que son théorème est exposé au public. Il commente, en l'étendant, Diophante, et rétablit avec une admirable sagacité plusieurs ouvrages perdus d'Apollonius (De Locis planis, des lieux plans, en 1636) et d'Euclide. Il est en même temps un habile helléniste et un profond jurisconsulte. Ce savant cachait ses méthodes, dont quelques-unes ont été perdues avec lui.

Il s'est aussi intéressé aux sciences physiques ; on lui doit notamment le Principe de Fermat en optique.

[modifier] Après sa mort

Pierre de Fermat

Il ne reste après son décès qu'une importante correspondance dispersée dans toute l'Europe.

Le fils de Pierre de Fermat publie, en 1670, une édition de l'Arithmetica de Diophante, annoté par son père, puis en 1679 une série d'articles et une sélection de sa correspondance sous le nom de Varia opera mathematica.

En 1839, Guglielmo Libri tente de soustraire un certain nombre de manuscrits, dont une partie seulement sera récupérée.

Charles Henry et Paul Tannery publient, au début du XX^e siècle, les Œuvres de Fermat en quatre volumes ; un supplément sera ajouté par C. de Waard en (1922).

[modifier] Contributions

Il partage avec Viète, dont il use des notations,^[3] ^[4] et Descartes, avec qui il fut en conflit^[5]^[6] ^[7] ^[8] ^[9] , la gloire d'avoir appliqué l'algèbre à la géométrie. Il imagina pour la solution des problèmes, une méthode, dite de maximis et minimis, qui le fait regarder comme le premier inventeur du calcul différentiel dont il est un précurseur : il est le premier à utiliser la formule (sinon le concept) du nombre dérivé (en réalité ce concept a été découvert par un grand mathématicien indien, Aryabhata).

Il pose en même temps que Blaise Pascal les bases du calcul des probabilités. Mais sa contribution majeure concerne la théorie des nombres et les équations diophantiennes. Auteur de plusieurs théorèmes ou conjectures dans ce domaine, il est au cœur de la « théorie moderne des nombres ».

Il est très connu pour deux « théorèmes » :

le « petit théorème de Fermat » ;
le « dernier théorème de Fermat » ; ce dernier n'était qu'une conjecture et l'est resté durant plus de trois siècles de recherches fiévreuses.

[modifier] Petit théorème de Fermat

Si p est un nombre premier et a un entier naturel non divisible par p, alors $a^{p-1} \equiv 1\pmod{p}$ .

Voir aussi : Théorème d'Euler, dont ce théorème est un cas particulier.

[modifier] Théorème des deux carrés de Fermat

Article détaillé : Théorème des deux carrés de Fermat.

Ce théorème énonce que pour qu'un nombre premier impair soit la somme de deux carrés, il faut et il suffit qu'il soit congru à 1 modulo 4.

[modifier] Théorème de Fermat sur les nombres polygonaux

Buste dans la salle des Illustres du Capitole de Toulouse

Tout entier s'écrit :

comme somme d'au plus 3 nombres triangulaires
comme somme d'au plus 4 nombres carrés
comme somme d'au plus 5 nombres pentagonaux
etc.
- nombres triangulaires : $1;3(=1+2);6(=1+2+3);10(=1+2+3+4)...\!$ : le n-ième nombre triangulaire est égal à la somme des n premiers entiers naturels non nuls ;
- nombres carrés : $1;4(=1+3);9(=1+3+5);16(=1+3+5+7)... \,\!$ : le n-ième nombre carré est égal à la somme des n premiers entiers naturels impairs)
- nombres pentagonaux : $1;5(=1+4);12(=1+4+7);22(=1+4+7+10)... \,\!$ : le n-ième nombre pentagonal est égal à la somme des n premiers entiers naturels congrus à 1 modulo 3 ;
- nombres polygonaux d'ordre m : $1 ; 1+(m-1) ; 1+(m-1)+(2m-3) ; 1+(m-1)+(2m-3)+(3m-5) ; ... \,\!$ : le n-ième nombre polygonal d'ordre m est égal à la somme des n premiers entiers naturels congrus à 1 modulo m-2.

Ce théorème a été énoncé par Fermat, démontré dans le cas des nombres carrés par Jacobi et, indépendamment par Joseph-Louis Lagrange au XVIII^e siècle (Ce dernier se servant de résultats partiels obtenus par Euler). Gauss résolut le cas des nombres triangulaires en 1796. Une preuve complète a été proposée par Cauchy en 1813.

[modifier] Grand théorème de Fermat (ou dernier théorème de Fermat)

Travail de Diophante d'Alexandrie traduit du grec en latin par Claude-Gaspard Bachet de Méziriac. Cette édition du livre a été publiée en 1621. La page 85 contient le problème II.VIII de Diophante, et est la page sur laquelle Pierre de Fermat écrivit que la marge était trop petite pour contenir la démonstration.

Il n'existe pas d'ensemble d'entiers strictement positifs $x\,\!$ , $y\,\!$ , $z\,\!$ vérifiant l'équation $x^n + y^n = z^n\,\!$ lorsque $n$ est un entier tel que $n > 2\,\!$ .

Ce théorème fut démontré par le mathématicien anglais Andrew Wiles de l'Université de Princeton, avec l'aide de Richard Taylor. Après une première présentation en juin 1993, puis la découverte d'une erreur et un an de travaux supplémentaires, la preuve fut finalement publiée en 1995 dans Annals of Mathematics.

Pierre de Fermat lui-même annotait dans la marge de son exemplaire des Arithmétiques qu’il en avait découvert une démonstration vraiment remarquable, mais manquait de place pour la donner à cet endroit:"j'ai découvert une preuve réellement remarquable que cette marge trop étroite ne me permet pas de détailler".

La démonstration évoquée par Pierre de Fermat est soit fausse, soit inconnue à ce jour, car la démonstration réalisée par Andrew Wiles utilise des outils mathématiques dont M. de Fermat ne pouvait vraisemblablement disposer compte tenu des connaissances de son époque.

[modifier] Méthode de la descente infinie

Fermat est l'inventeur d'une méthode de démonstration, la descente infinie : Supposons qu'une proposition P dépendant d'un rang n (> 0) vérifie la propriété : « Si P est vraie à un rang quelconque r, elle l'est à un certain autre rang q strictement inférieur à r ». Alors on peut conclure que P est fausse pour tout rang. En effet, pour tout r, l'application récurrente de la propriété permet de construire une chaîne infinie de rangs décroissants r > q >...>... Or les rangs étant positifs, la longueur de la chaîne ne peut pas être supérieure à r.

La descente infinie peut être utilisée pour démontrer le cas particulier n = 4 du dernier théorème de Fermat.

[modifier] Principe de Fermat (optique)

Le trajet parcouru par la lumière entre deux points est toujours celui qui minimise le temps de parcours. Voir l'article principe de Fermat.

[modifier] Dans la culture populaire

[modifier] Littérature

Dans le 2e volume de la trilogie Millenium de Stieg Larsson, "La fille qui rêvait d'un bidon d'essence et d'une allumette", Lisbeth Salander, jeune femme probablement atteinte du syndrome d'Asperger, se penche sur le dernier théorème de Fermat, et en trouve la solution subitement, après l'avoir cherchée pendant des semaines puis totalement délaissé le problème ; mais il n'est jamais dit quelle est cette solution.

[modifier] Cinéma

Dans le film espagnol du nom de "La habitación de Fermat" ("La chambre de Fermat"), cinq mathématiciens se retrouvent sur l'invitation anonyme d'un certain "Fermat", et se voient affublés de noms de mathématiciens célèbres en tant que pseudonymes pour la soirée.

[modifier] Références

↑ Il existe des pièces justificatives contradictoires. Un acte de baptême de 1601 a été souvent pris comme évidence, par exemple par l'éditeur de Fermat, Paul Tannery. Un monument funéraire, repéré au XIX^e siècle par Charles Henry suggère une autre date, 1607 ou 1608, que le mathématicien Klaus Barner a récemment remis à l'ordre du jour, voir [1]. Pierre Gairin, historien local de Beaumont-de-Lomagne a récemment trouvé plusieurs actes pertinents, mais ils ne permettent pas de conclure.
↑ Il semblerait toutefois qu'il ne soit pas né le 17 aout 1601. Celui qui aurait été baptisé à cette date "Pierre Fermat" serait un demi-frère mort jeune qui portait le même nom, demi-frère car il serait le fils de Françoise Cazeneuve, la première femme (morte en 1603) de son père, Dominique Fermat. Le mathématicien Pierre (de) Fermat (né Pierre Fermat, également) serait, quant à lui, né en novembre de l'an 1607. Sa mère était Claire de Long, qui a épousé son père en 1604. On remarquera que la femme de Pierre de Fermat s'appelait Louise de Long.
↑ La consultation de l' Ad locos pianos et solidos isagoge montre, par exemple, que Fermat, son auteur, conservait pour l'essentiel la notation de Viète ; lire : Jean-Louis Gardies. Du mode d'existence des objets de la mathématique :[2]
↑ Jean-Louis Gardies Du mode d'existence des objets de la mathématique
↑ From `A Short Account of the History of Mathematics' (4th edition, 1908) by W. W. Rouse Ball. (en)
↑ Descartes prétendait que plus l'indice d'un milieu était grand plus la vitesse de la lumière y était élevée ; Fermat rectifia et Descartes l'attaqua sur sa théorie des tangentes. Michel Serfati. « Pour Descartes » : Mathématiques et physique cartésiennes. Introduction/ For Descartes » : Cartesian mathematics and physics. Introduction, Revue d'histoire des sciences, 1998, n° 2, pp. 171-182.
↑ Adrien Baillet (1649-1706). |Vie de René Descartes Voila ce que M De Fermat appelloit sa petite guerre contre M Descartes et ce que M Descartes appelloit son petit procez de mathématique contre M De Fermat
↑ Baron de Laplace (1749-1837). Exposition du système du monde
↑ Analytical geometry and the problem of tangents sur le site The Garden of Archimedes (en)

[modifier] Bibliographie

Émile Brassinne, Précis des œuvres mathématiques, Toulouse, 1853.
Paul Tannery, Charles Henry et C. de Waard, Œuvres de P. Fermat, Gauthier-Villars et cie, Paris, 1891-1922, 5 vol. 23×29 cm
Paul Féron, Pierre de Fermat : un génie européen (avec le concours de Jacques Arlet, Henri Gilles, Georges Passerat [et al.]), Toulouse : Presses de l'Université des sciences sociales de Toulouse et Éditions toulousaines de l'Ingénieur, 2002, 224 p. (ISBN 2-909628-83-3)
Simon Singh, Le dernier théorème de Fermat (ISBN 2-7096-1854-0)
André Dupuy, Pierre Fermat
Giulio Giorello et Corrado Sinigaglia (trad. A. Masé, G. Idabouk et al.), Pierre Fermat [« Pierre de Fermat, I sogni di un magistrato alle origini della matematica moderna »], Pour la science, coll. « Dossiers Pour la science / les génies de la science », 2007, n°32, magazine, 102 p. (ISBN 2-84245-091-1) (ISSN 1298-6879) [prés. en ligne]

[modifier] Articles connexes

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Prix Fermat de recherche en mathématiques
Nombre de Fermat
4 294 967 297
Principe de Fermat
Mathématiques en Europe au XVIIe siècle

[modifier] Liens externes

Œuvres de Fermat publiées par les soins de MM. Paul Tannery et Charles Henry sous les auspices du Ministère de l'instruction publique.
Méthode de Fermat pour la recherche du minimum et du maximum, analysée sur le site BibNum.
Exposition permanente à Beaumont de Lomagne