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Remarque sur les décimales de $\varphi$

Bonjour,
On pose $A=\{\lfloor n \varphi \rfloor ; \, n\in N^*\}$ et $B=\{\lfloor n \varphi \rfloor +n ; \, n\in N^*\}$, avec $\varphi =\dfrac {1+ \sqrt5}{2}=1,618033988749 \dots \dots$.

Montrer que :

si $10^n \in B$ alors la $n+1$-ième décimale de $\varphi $ est $\,0;\, 1;\,2 \,$ ou $3$; et

si $10^n \in A$ alors la $n+1$-ième décimale de $\varphi $ est $\geq 3$.

Par exemple prenons $n=3$, on trouve $1000\in B$ (puisque $1000=\lfloor 382 \varphi \rfloor +382$) et la quatrième décimale de $\varphi $ est $\boxed 0$

Réponses

  • Si
    1) il n'y a pas d'erreurs dans mes calculs et
    2) dans les décimales de $\varphi$ il y a "autant" de $0,1,2,3,4$ que de $5,6,7,8,9$
    alors les $10^n$ ne sont pas équitablement répartis entre la Lower Wythoff sequence :http://oeis.org/A000201 et la Upper Wythoff sequence : http://oeis.org/A001950
  • Si cette preuve contient des erreurs merci de me le signaler.

    1) On avait $A=\{\lfloor n \varphi \rfloor ; \, n\in N^*\}$, donc
    $k\in A\Longleftrightarrow \exists m \in N^*; \,k<m\varphi<k+1 \Longleftrightarrow\exists m \in N^* ;\,\dfrac{k}{\varphi}<m<\dfrac {k}{\varphi}+\dfrac1{\varphi} $
    Le $\leq$ est inutile, $\varphi$ n'étant pas une fraction.
    $k\in A\Longleftrightarrow \exists m \in N^*; \,m-\dfrac1{\varphi} <\dfrac k{\varphi} <m$
    on remarque que $\lfloor \dfrac k {\varphi }\rfloor =m-1$ et que la partie fractionnaire de $\dfrac k {\varphi }$ vérifie : $\Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }\approx 0,3819$

    2) On trouverait $k\in B \Longleftrightarrow \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}<1-\dfrac 1 {\varphi }$

    3) Si $k=10^n$, on a :
    $10^n\in A \Longleftrightarrow \Big \{\dfrac {10^n} {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$, mais $\varphi ^2=\varphi +1$ donc $\dfrac 1 {\varphi }=\varphi -1$ et
    $10^n\in A \Longleftrightarrow \Big \{10^n(\varphi -1) \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$, ou encore
    $10^n\in A \Longleftrightarrow \Big \{10^n \varphi \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$,
    Si la partie fractionnaire de $10^n \varphi$ est plus grande que $0,3819$, alors le chiffre des unités de $10^{n+1} \varphi$ est $3$ ou plus.
    Edit: un $n$ enlevé, merci gebrane
  • Grace à wims, j'ai vu que $\varphi$ s'écrivait en base $4$
    1.213203131321232113331022133001113303213030001200...
    
    Le premier zéro arrive au rang $5$ car $4^4=256\in B$
    Les zéros suivants arrivent aux rangs $22;28;29$.
    Quelqu'un pourrait-il vérifier si on a :
    $4^{21} \in B$?
    $4^{27} \in B$?
    $4^{28} \in B$?

    Un grand merci.
  • Bonjour,

    .Normalement $k\in A\Longleftrightarrow \exists m \in N^*; \,k\leq m\varphi<k+1 $
    .Je ne comprends pas cette ligne $\lfloor n \dfrac k {\varphi }\rfloor =m-1$ , c'est vraie pour tout n?
    Le 😄 Farceur


  • $\varphi \notin \Q$ donc on peut écrire $<$.
    Le $n$ est à enlever. Lire $\lfloor \dfrac k {\varphi }\rfloor =m-1$
    Merci.
  • Dans la 1) tu as démontré $k\in A \Longleftrightarrow \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$?
    Le 😄 Farceur


  • Oui, enfin j'espère.
  • Je suis ok avec $$k\in A \Longrightarrow \exists m \in N^*; \, \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}= \dfrac k {\varphi }-m+1 $$ je ne vois l'équivalence avec $ \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$
    Le 😄 Farceur


  • On sait que :$\quad m-\dfrac1{\varphi} <\dfrac k{\varphi} \quad $, donc $\quad \dfrac k{\varphi}-m >-\dfrac1{\varphi}$.

    Ce qui donne : $\quad \, \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}= \dfrac k {\varphi }-m+1>-\dfrac1{\varphi}+1$
  • C'est une réciproque qui m'intrigue je vois bien l'implication $\exists m \in N^*; \,m-\dfrac1{\varphi} <\dfrac k{\varphi} <m$
    $\Longrightarrow$
    $\exists m \in N^*; \, \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}= \dfrac k {\varphi }-m+1$ mais la reciproque n'est pas vraie car $\exists m \in N^*; \, \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}= \dfrac k {\varphi }-m+1 \Longleftrightarrow \exists m \in N^*; \,
    \lfloor \dfrac k {\varphi }\rfloor =m-1$ mais ceci n'implique pas $\exists m \in N^*; \,m-\dfrac1{\varphi} <\dfrac k{\varphi} <m$
    Le 😄 Farceur


  • Reprenons, on a $\quad k \in A \Longrightarrow \Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$


    Supposons maintenant $\Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}>1-\dfrac 1 {\varphi }$ et posons $\lfloor \dfrac k {\varphi }\rfloor =m-1$.

    Alors $\quad m-1<\dfrac k {\varphi }<m$ donc en particulier $\quad \boxed {k<m \varphi }$.

    De $\dfrac k {\varphi }=\lfloor \dfrac k {\varphi }\rfloor +\Big \{\dfrac k {\varphi } \Big \}$ on déduit :$\dfrac k {\varphi }>m-\dfrac 1 {\varphi }$

    Soit encore $ \boxed {m\varphi <k+1}$, et on peut conclure $\lfloor m \varphi \rfloor=k$, d'où $k \in A$
  • C'est plus clair comme ça :-) Merci.
    Le 😄 Farceur


  • Vous allez me dire :
    " pour déterminer la quatrième décimale de $\varphi$ on calcule : $\lfloor 10^4 \varphi \rfloor- 10\lfloor 10^3 \varphi \rfloor$ et on trouve $0$ "

    Je réponds :
    "oui, certes, mais sans aller si loin je savais qu'elle était petite (entre $0$ et $3$)".
  • Personnellement si je veux la 101-ième décimale de $\varphi$ je calcule $\dfrac {1+ \sqrt5}{2}$ (ordinateur)
    Avec ta méthode comment procedes-tu?
    Le 😄 Farceur


  • Je détermine si $10^{100}$ est dans $A$ ou bien dans $B$.

    S'il est dans $B$, la $101$-ième décimale est petite (entre 0 et 3).

    Je ne vais pas jusqu'à $10^{101} \varphi$

    Amicalement

    PS En trichant cette décimale vaut $8$, donc $10^{100}$ est dans $A$ :-)
  • S' il n'est évident de savoir par exemple que $100^{100}$ est dans A ou B, quelle est l’intérêt de ta méthode ( exemple : estimation la 101-ième décimale de $\varphi$
    ( ne prend pas ma question dans un sens négatif, peut être tu nous cache d'autres applications)

    Cordialement
    Le 😄 Farceur


  • Ce n'est pas une méthode, juste une [size=x-small]petite[/size] remarque. En plus on ne trouve pas la décimale demandée, on devine juste si elle grande ou petite.

    On peut généraliser à d'autres bases que $10$, ou à d'autres nombres que $\varphi$, ils doivent vérifier

    $\{x\}=\{x^{-1}\}$ ( une égalité entre parties fractionnaires).
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