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L’ARITHMETIQUE DES GRECS
DANS HÉRON D'ALEXANDRIE
PAR M. PAUL TANNERY
En essayant aujourd’hui, sur les divers opuscules géométriques
attribués, au moins comme origine, à Héron d'Alexandrie, un
travail analogue à celui que nous avons déjà tenté sur la Collection
mathématique de Pappus (f), nous ne nous proposons nullement
d’épuiser le sujet, c'est-à-dire de tirer des recueils de problèmes
numériques dont il s'agit, tous les renseignements qu'ils peuvent
fournir sur les connaissances arithmétiques des Grecs; nous nous
bornerons à l'étude des questions les plus importantes, telles
qu'elles ont déjà été déterminées avec précision par M. Cantor,
dans la monographie du géomètre alexandrin à laquelle est
‘ consacrée la première partie de son ouvrage: Die römischen
Agrimensoren (Leipzig, 4875) (2).
Mais avant d'aborder l’objet principal que nous avons en vue,
il nous est difficile de ne pas dire à notre tour quelques mots sur
Vauthenticilé, la provenance et la véritable date des écrits dont
nous avons à nous occuper. Nous ne pourrons, à vrai dire, que
glaner derrière les illustres érudits qui ont débattu ces questions;
(1) Mémoires de la Socidté des Sciences physiques el naturclies do Bordeauæ,
tome III (2° série), p. 334 et suivantes.
(*) C’est à ce livre qu’il faut rapporter les fréquentes citulions de Cantor que nous
aurons l’occasion de faire plus loin,
T. IV (3e série).
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)L’ARITHMETIQUE DES GRECS
DANS HÉRON D'ALEXANDRIE
En essayant aujourd’hui, sur les divers opuscules géométriques
attribués, au moins comme origine, à Héron d’Alexandrie, un
travail analogue à celui que nous avons déjà tenté sur la Gollection
mathématique de Pappus (1), nous ne nous proposons nullement
d'épuiser le sujet, c'est-à-dire de tirer des recueils de problèmes
numériques dont il s'agit, tous les renseignements qu'ils peuvent
fournir sur les connaissances arithmétiques des Grecs; nous nous
bornerons à l’étude des questions les plus importantes, telles
qu'elles ont déjà été déterminées avec précision par M. Cantor,
dans la monographie du géomètre alexandrin à laquelle est
‘ consacrée la première partie de son ouvrage: Die römischen
Agrimensoren (Leipzig, 1875) (2).
Mais avant d'aborder l’objet principal que nous avons en vue,
il nous est difficile de ne pas dire à notre tour quelques mots sur
Pauthenticité, la provenance et la véritable date des écrits dont
nous avons à nous occuper. Nous ne pourrons, à vrai dire, que
glaner derrière les illustres érudits qui ont débattu ces questions;
(1) Memoires de la Société des Sciences physiques ot naturelles de Bordeaux,
tome III (2° série), p. 851 et suivantes.
(2) C’est à ce livre qu’il faut rapporter les fréquentes citations de Cantor que nous
aurons l’occasion de faire plus loin.
T. IV (3e série).
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)toutefois, ces glanes n'en auront peut-être pas moins leur valeur,
si. faible soit-elle.
I
Le premier point que nous aborderons
est le suivant : Il&ron
d'Alexandrie, le mécanicien, comme l'appelle Proclus, celui dont
l'âge, déterminé par le temps auquel vivait son maître Ktésibios,
doit être rapporté environ vers l'an 100 avant J.-C., avait-il
spécialement traité de l’arithmétique?
Nous savons, par un ‘passage bien connu d'Eutocius (Commenlaires sur la Mesure du Cercle dArchiméde), que « Héron avait
» dit, dans les Métriques, comment il faut calculer, par approxi» mation, la racine carrée d'un nombre donné. » Quoique
d'ailleurs précisément cette méthode d'extraction des racines ne
nous ait pas élé conservée, on ne met plus en doute que sous ce
nom de Metriques, Eutocius ne désigne un grand ouvrage
aujourd'hui perdu, lequel doit avoir servi pour la rédaction ou la
compilation des écrits héroniens que nous possédons (!).
Mais en téte de ces écrits, on classe ordinairement, au moins
comme représentant plus exactement le texte d'une ceuvre véritable de Héron, un petit traité sur les Definitions des termes de la
Géométrie (Héron, p. 4-40), traité que son auteur, quel qu'il
soit, désigne (p. 1, 4) d'ailleurs sous le titre de Ta rod As
yswperpixis ovorysubsewg teyvoroyobpeva (Prélude technologique aux
Éléments de Géométrie), landis qu'il se réfère plus loin (p. 38, 1)
à un semblable Prélude qu'il aurait composé aux Éléments
d’Arilhmetique (tv cote rod ris AoOuntex%s ororyerdsews). Au reste, |
on ne peut guère douter que sous ce nom d’Elemenis, il ne faille
entendre les livres d'Euclide, considérés à juste titre, les uns
comme géométriques, les autres comme arithmétiques.
Notre auteur est-il bien Héron? C'est ce qu'ont pensé les deux
(£) Nous citerons sous la rubrique Heron l'excellente édition que M. Hultsch a’
donnée de ces écrits : Heronis Alexandrini Geometricorum el Stereemetricorum
reliquie. Berlin, 1864,
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)savants les plus autorisés en général sur les questions héroniennes,
M. Th.-H. Martin (1) et M. F. Hultsch (2).
Mais, tandis que le premier a vu dans les deux Préludes deux
parties du grand ouvrage des Métriques, le second, auquel n'ont
pas échappé les différences notables qui existent entre la technologie des autres écrits héroniens et celle d'Euclide, a considéré
ces Préludes comme des ouvrages spéciaux. Enfin, Friedlein
s'est nettement prononcé, au contraire, contre l'attribution à
Héron (3).
Mais parmi les arguments invoqués à l'appui de cette dernière
thèse, que nous adoptons, il ne nous semble pas que l'on
ait, jusqu'à présent, mis en avant les. plus irréfragables. Nous
avons, sur les diverses définitions données, en dehors de celles. :
d'Euclide, par les anciens géométres, une source précieuse dans
Proclus (#). Or, si nous comparons les renseignements que fournit
ce dernier avec le texte du pseudo-Héron, nous voyons, en premier
lieu, que toutes les définitions indiquées par Proclus comme
appartenant à des auteurs différents, se retrouvent simplement
juxtaposées dans notre Prélude, en sorte que ce dernier n’est bien,
ainsi qu'on pouvait le soupçonner à son seul examen, qu'un
recueil, une compilation assez mal ordonnée, au reste, de ce qui
. avait été donné, à titre de définitions géométriques, par les
maîtres classiques. Un pareil ouvrage ne peut guère être attribué
à un écrivain original, et même, si l’on remarque l'absence, dans
cette compilation, des définitions qui semblent propres à l’auteur
des Métriques, et qu'on retrouve éparses dans les autres écrits
héroniens, il semble très douteux que le rédacteur des Préludes
ait appartenu à la même école.
D'un autre côté, si malheureusement Proclus nomme trop peu
(1) Recherches sur la vie et les ouvrages d'Héron d'Alexandrie, et sur tous les
ouvrages mathématiques grecs qui ont été atiribués à un auteur nommé Héron.
Paris, 1854.
(2) Metrologicorum scriplorum reliquie. At vol. Leipzig, 1864.
(3) Bulletino Boncompagni, année 1874, p. 93-121... :
(5) Procli Diadochi in primum Euclidis elementorum librum Commenlarii, ed.
Friediein. Leipzig, 1878.
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)les geomölres dont il cite les définitions, il attribue nommément
à Posidonius (né en 133, mort en 49 av. J.-C.) celle des parallèles
et de méme la division des quadrilatéres, qui sont adoptées par
le pseudo-Héron. Ce dernier était donc incontestablement postérieur à Posidonius, et très probablement au commencement de
l'ère chrétienne.
En tout cas, sa compilation,
qui semble avoir été assez complète,
présente un réel intérêt pour l’histoire des mathématiques. Celui
qui aura la patience, en s'aidant de Proclus, de distinguer les
définitions réellement différentes qu’on trouve là, et de les soumettreà un classement systématique, pourra jeter un jour précieux
sur les divers courants intellectuels auxquels ont dû obéir les
. mathématiciens de l'antiquité. Nous sommes trop tentés, en thèse
générale, de les considérer comme ayant, à très peu près, suivi
un sentier unique, une seule direction, celle d'Euclide. Il y a
là uneillusion produile par ce qui s'est passé seulement à l'époque
de la décadence, sous l'empire romain.
Il y aurait donc un certain intérêt à déterminer l’âge véritable
du petit traité qui nous occupe, afin de savoir si, comme nous le
croyons d'ailleurs, toutes les définitions qui y sont recueillies
doivent nécessairement être antérieures à l'ère chrelienne, c'està-dire appartenir à la grande époque de la science hellène.
Malheureusement la question ne semble guère pouvoir être
neltement tranchée; à la vérité, il est remarquable que le pseudo-
Héron n'a fait à Geminus aucun emprunt reconnaissable dans les
extraits de Proclus, tandis que diverses idées de ces extraits se
trouvaient parfaitement appropriées à son but et auraient figuré
avec honneur dans son recueil. Comme Geminus vivait, en somme,
à la même époque que Héron d'Alexandrie et que Posidonius, on
pourrait supposer que pour ne pas connaître ses écrits, notre
compilateur devait en être également très rapproché. Mais peutêtre aussi l’a-t-il exclu systématiquement du choix des classiques
qu'il dépouillait, et nous ne sommes pas assez éclairés sur le
vérilable caractère de l'ouvrage perdu de Geminus pour affirmer
qu'une telle exclusion eût été illégitime.
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Nous n'avons, en somme, trouvé aucune preuve sérieuse
tendant à faire croire que Héron d'Alexandrie ait jamais spécialement écrit sur l'arithmétique. Il nous reste à examiner, en dehors
de l'opuscule que nous lui dénions, les six autres écrits qui entrent
dans la collection de M. Hultsch, et que nous désignerons sous
les noms latins adoptés par le savant éditeur.
Le premier de ces écrits, la Geometria (Héron, p. 41-140), est
de beaucoup celui dont la valeur est la plus grande et qui peut,
par suite, nous donner la plus fidèle image de ce que devaient être
les Métriques de Héron.
|
C'est un recueil systématique et un ensemble complet de
problèmes métriques de géométrié plane. Mais il faut remarquer
avant tout que, dans les données numériques, l'auteur n'emploie
que deux unités de longueur, lesquelles sont d’ailleurs essentiellement des mesures agraires : l'orgyte (brasse) (1), et son décuple
le schœnion (cordeau). Après le calcul des surfaces en schenia et
orgyies carrés, notre auteur, d'autre part, les transforme constamment en deux autres unités superficielles, à savoir : le modius de
2 schœnia vu 200 orgyies carrées, et son quarantième, la ài:ç
(livre) de 5 orgyies carrées.
Or M. Hultsch a parfaitement établi dans ses travaux métrologiques que le modius agraire était la surface de terrain pour
laquelle on comptait, comme semences, une mesure de capacité
appelée modius, nom essentiellement romain, et dont il fallait
trois pour le jugerum (2,493 mètres carrés). Cetle mesure de
capacité était d'ailleurs le double du modius romain ordinaire
(8"""752) de 16 setiers, et l'on ne peut méconnaitre dans les
40 livres dont elle se compose le poids approximatif du blé qu'elle
contenait, estimé en livres romaines de 3277453.
(£) Valant 2m041, d'après son rapport légal au pied romain, compté à 0™29574.
Page 7
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Qu'on suppose autant qu'on le voudra, sous les Ptolémées ou
même sous les Pharaons, l'emploi en Egypte d'unités superficielles .
plus ou moins analogues, il est clair que le modius et la livre de
la Geomelria sont postérieures à la conquête romaine. Si donc cet
écrit représente une source antérieure, il faut au moins supposer
que son auteur aura remanié les calculs du modèle qu'il avait
sous les yeux, en se proposant précisément de les adapter aux
nouvelles unités en vigueur de son temps.
Mais on peut aller plus loin, car M. Hultsch a également établi
d’une façon péremptoire que l'unité de longueur ou orgyie égyptienne avait été précisément modifiée par les Romains, de façon
notamment que les 100 orgyies carrées fissent exactement le
sixième de leur jugerum. Or cette transformation est loin d'avoir
été immédiate; car si, dans le tableau des mesures usuelles qui
précède la Geometria, se trouve définie la nouvelle orgyie avec
les règles du calcul des modit, l’ancienne se trouve côte à côte
avec le pied romain et le jugerum dans un tableau d’anciennes
mesures rejeté à la fin de l'ouvrage.
|
Ainsi, ce dernier ne peut être au plus qu'une troisième édition
refondue du texte primitif, faite sur une seconde déjà mise au
courant des besoins de l'Égypte conquise et où notamment les
mesures romaines avaient été introduites dans le tableau rédigé
par Héron.
:
L’äge de cette troisième édition est d’ailleurs déterminé par
celui des nouvelles mesures. Or, dans celles-ci ont disparu, pour
faire place au système romain, l’ancien pied d'Égypte et les unités
qui en dérivaient; de plus s'est introduite la coudée de deux pieds
au lieu d'un pied et demi. Ces modifications sont certainement
postérieures au premier siècle de l'ère chrétienne et ne remontent
pas probablement au delà du troisième. La révision de la Geometria est donc d'environ trois siècles postérieure à Héron.
L'auteur de cette révision semble, en tout cas, avoir possédé
une certaine valeur, ce qui est, il faut le dire, une raison de
croire qu’il n’a pas dû copier servilement un modèle.
Je ne m'arréterai pas sur le second opuscule, la Geodæsia
Page 8
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). (Heron, p. 141-152), qui paraît n'être qu’un abrégé du précédent,
et se borne au calcul des rectangles et des triangles.
Viennent ensuite deux recueils de problèmes sur les volumes
des solides : Introductiones slereomelricorum (p. 153-171). —
Stereometricorum collectio altera (p. 171-187).
L'ordre suivi dans le premier cst singulier; on commence par
la sphère, on continue par le cône et le cylindre, on finit par le
cube, les prismes et les pyramides; après sont surajoutés, sans
lien méthodique, des problèmes sur des objets réels.
L'auteur du recueil ne paraît guère avoir réellement approfondi
les mathématiques; il a bravement inséré (p. 163, comp. Cantor,
p. 61) un problème sur une pyramide tronquée où les données
conduisent pour la hauteur à une valeur imaginaire, qu’il calcule
comme réelle.
Il note d’ailleurs comme ajouté par lui à l'ensemble antérieur
un procédé dû au « très illustre Patricius », byzantin inconnu, en
sorte que nous ne pouvons guère considérer le recueil comme clos
avant le v° siècle. Toutefois, sous sa forme immédiatement antérieure, on peut le regarder comme beaucoup plus ancien; car si
le pied y est l'unité ordinaire, on y rencontre la coudée romaine
de 1 pied 3 (p. 170) et, semble-t-il, la coudée grecque (p. 168),
avec la transformation de leurs cubes en modii romains ordinaires.
Ces problèmes, évidemment postérieurs à Héron, doivent remonter
au contraire avant notre révision de la Geometria, landis qu'il
serait difficile de constater, en dehors de celle que nous avons
expressément signalée, une addition plus récente que cette
révision.
:
Quant à la seconde collection stéréométrique, elle est absolument sans unité; les problèmes sur les objets réels y dominent, et
plusieurs ne différent de ceux de la précédente que par des détails
de rédaction. Le pied est la seule unité de longueur employée. La
date de cette collection ne peut dès lors être précisée; toutefois,
l'emploi de mots d'origine latine prouve suffisamment qu'elle a
été faite sous la domination romaine; d'autre part, il est facile de
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)voir que le compilateur était encore moins mathématicien que
celui du recucil précédent.
Le désordre des problèmes el les erreurs augmentent encore
dans le cinquième recueil, les Mensuræ (p. 188-207); il suffira
de dire qu'en général les questions de stéréométrie y sont avant
celles de planimétrie; la grécité est d'ailleurs très basse. Toutefois, on y retrouve sous d'autres formes (p. 192-193) les problèmes
que nous avons signalés dans la première collection stéréométrique, sur la transformation en modit des coudées cubes, grecques
et romaines, problèmes qui doivent, comme nous l'avons indiqué,
remonter aux premiers temps de la conquête.
Bon nombre de calculs ne sont que de grossières approximations, dont plusieurs doivent êlre reportées jusqu'au temps des
arpenteurs égyptiens; mais à côté se trouvent des formules relativement complexes et parfaitement exactes; entre autres, pour la
surface du segment sphérique de hauteur h et de diamètre de
et pour le volume,
formules que, par une singulière inadvertance, M. Cantor (p. 50)
semble ne considérer que Comme simplement approximatives.
Enfin, le Liber Geeponicus (p. 208-234) paraît être la collection
la plus récente; car on a évidemment utilisé pour la former toutes
les précédentes, sans compter quelques autres sources analogues.
M. Th.-H. Martin n’estime pas qu'elle remonte au delà du
x° siècle.
En résumé, sans même excepter les deux premiers recueils,
on voit que l'attribution à Héron des divers problèmes que renferment ces diverses collections, n'a comme ensemble qu'une valeur
assez hypothétique, et que, pour chacun en particulier, elle
devient très douteuse. L'ouvrage désigné par Eutocius, sous le
Page 10
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)nom de Métriques et dont nous n’avons pas a rechercher le véritable titre, aura, nous le voulons bien, servi soit de prototype,
soit de source plus ou moins importante pour les divers opuscules
qui nous sont parvenus; on peut encore, nous l’admettrons,
retrouver dans ces écrits des passages qui auront été textuellement
empruntés. Mais Héron n'a probablement pas été le seul auteur
de problèmes numériques; la forme qu’il emploie pour la rédaction, toute différente de celle des problèmes géométriques euclidiens, est identique à celle que l'on a retrouvée dans un Manuel
de Calculateur égyplien, remontant peut-être jusqu'au xv° siècle
. avant l'ère chrétienne (1). Cette identité de forme suppose, pour
la façon de traiter ces problèmes, une tradition écrite non interrompue, tradition qui nous semble d’ailleurs établie par l'existence
dans les collections dites héroniennes de solutions antérieures aux
déterminations exactes, solutions toutes pareilles à celles du
Manuel égyptien précité; par exemple, la mesure de la surface
d'un triangle isoscèle par le produit de la base et de la moitié du
côlé (sic).
Que Héron ait élé, grâce peut-être à sa célébrité comme mécanicien, sans doute aussi en raison de la valeur de son œuvre, le
plus connu de ces auteurs de problèmes numériques, cela est
incontestable, puisqu'il est le seul dont le nom nous soit parvenu,
mais il n'a certainement, on l'a vu, pas plus été le dernier qu'il
n’a pu être le premier. Seulement, il est arrivé ce fait, parfaitement explicable par la célébrilé du géomètre alexandrin, que tous
ces problèmes se sont groupés sous son nom. Pour en désigner
les auteurs, on a dit d'abord of zegt “Hpwva, les Héroniens, puis
simplement Héron. Finalement, les imitations ont fait disparaitre
le texte primitif qu'il avait composé, sort à peu près inévitable
pour un ouvrage qui, devant être adapté aux besoins de la vie
pratique, ne pouvait fixer la langue scientifique, comme avaient
fait les Éléments d’Euclide.
(1) Bulletin de la Société mathématique de France, 1878, p. 139. — Notice de
M. L. Rodet. — IÌ s’agit du papyrus dit de Rhind.
Page 11
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)III
Cette introduction était nécessaire, au moins je l'ai cru, pour
bien fixer ce que l'on doit entendre par un calcul trouvé dans
Héron. Il ne peut y avoir pratiquement de règle d'authenticité
autre que celle posée par M. Cantor : tenir pour vraiment héronien
tout ce qui est exact et en bon grec; suspecter tout le reste.
Comme il est prouvé d'ailleurs que, depuis l'ère chrétienne, la
géométrie des anciens n'a fait aucun pas sérieux, toute formule
remarquable doit être antérieure, et comme les Métriques devaient
être un ouvrage probablement assez complet, il est présumable
qu'elle s'y trouvait sous une forme ou sous une autre. Quant aux
applications numériques. elles peuvent, en thèse générale, être
postérieures; mais cela n’a pas une grande importance, s'il s'agit
du moins de calculs exacts; car les procédés qui ont servi a les
obtenir n'ont pas dû non plus subir de sérieuse amélioration sous
la domination romaine. Ceci bien posé pour éviter toute ambiguïté,
nous entrons en matière.
La première question que nous étudierons est celle de l’extraction des racines carrées incommensurables.
|
L'opinion qui prédomine généralement aujourd'hui est qu'il n'y
a aucune chance de pouvoir reconslituer les procédés en usage
chez les anciens pour celte opération. Par exemple, Nesselmann
(Die Algebra der Griechen, p. 110) pense que les Grecs n'avaient
pas de méthode définie, qu'ils ont trouvé leurs racines par tâtonnement et divination, en employant d’ailleurs des tables de carrés
pour déterminer la partie entière. M. Cantor (p. 57) déclare qu'il
est impossible de retrouver toutes les valeurs des écrits héroniens
par aucune méthode reposant sur le théorème
(a + b)*=
a? + Lab + bd;
en citant plusieurs de celles qu'il regarde comme réfractaires, il
insiste sur ce point qu'une seule exception doit être suffisante
pour exclure un procédé de calcul qui n’y conduirait pas. Enfin,
Page 12
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)dans deux notes qu’a publiées récemment le Bulletin de la Société
Mathématique de France (1), (Sur une méthode d’approximation
des racines carrées, connue dans l’Inde antérieurement à la
conquête d'Alexandre. — Sur les mélhodes d'approwimation des
anciens), M. L. Rodet se range du même côté, alors que précisément la première de ces notes est consacrée à restituer pour la
gloire du brahmane Baudhâyana, un procédé très voisin de celui
que nous allons montrer remplissant complètement, à notre sens
du moins, la condition posée par M. Cantor.
|
Mais avant d'aborder notre démonstration, il convient d'écarter
un double préjugé.
|
En premier lieu, on croit généralement que le système de
numération écrite des Hellènes, système dont ils paraissent les
iaventeurs et qui ne remonte guère au delà du ve siècle avant
notre ère, était d'une très grande incommodité pour les calculs,
à tel point que ce serait même, au dire de Hankel (*), la marque
d’une incapacité réelle sous ce rapport, dans une race si merveilleusement douée au contraire pour la géométrie.
Il peut plaire à un historien de mettre en relief les diverses
aptitudes des différentes nations, d'opposer les Hindous aux Grecs;
il peut défendre brillamment une thèse séduisante. Mais il faut se
- garder de toute exagération; si les Grecs paraissent, en général,
n'avoir guère fait de calculs compliqués, c'est sans doute aussi et
surtout parce qu'ils n'en avaient guère besoin; ils se sont naturellement bornés, par exemple en astronomie, à ce qui suffisait, eu
égard à Timperfection de leurs procédés d'observation. Quant à
leur système de numération écrite, on conviendra que, pour le
juger en équité, il faudrait le pratiquer réellement.
Sai voulu en avoir le cœur net, et je me suis exercé à calculer
avec les lettres grecques; si mon expérience personnelle peut être
de quelque poids, je dirai que j'ai été surpris, après avoir acquis
très peu d'habitude encore, de découvrir dans cette notation des
(1) Année 1879, p. 98 et 159.
.
(3) Zur Geschichte der Mathematik in Alterthum und Mittelalter. Leipzig, Teubner,
4874,
Page 13
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)avantages praliques que je ne soupçonnais guère; je dirai que je
suis très rapidement arrivé à pouvoir refaire l'ensemble des calculs
de la Mesure du Cercle d'Archimède, sans différence de temps
sensible, soit avec les leltres grecques, soit avec les chiffres
modernes. Cet essai m'a paru suffisant et je ne l’ai pas poursuivi.
On croit vrdinairement, d'un autre côté, que l'extraction de la
racine carrée, en particulier, était pour les anciens une opération
des plus difficiles et des moins pratiquées.
Il n'est pas niable qu'au
vi* siècle de notre ère, Eutocius, le commentateur d’Archimède
ct d'Apollonius, se comporte comme s'il l'ignorait. Mais on pourrait tout au plus arguer sérieusement de ce fait pour l'époque de
décadence profonde où résonna ce faible écho des antiques
doctrines.
Sans doute, même aux siècles les plus brillants de la civilisation
hellène, l'instruction mathématique fut toujours infiniment moins
répandue que de notre temps, et toute proportion gardée, ce qui
peut sobserver chez nous dut évidemment se présenter de même
alors; à savoir que la très grande majorité des individus qui ont
appris à calculer sont parfaitement incapables d'extraire une
racine carrée. Mais il n’en ressort pas moins du texte d’Eutociug
lui-même, que le procédé d'extraction était chez les Grecs un
objet de l’enseignernent classique, et nous pouvons d’ailleurs tirer
de l'ensemble des écrits héroniens la conviction que pour les
arpenteurs auxquels s'adressaient ces écrits, l'opération devait se
pratiquer couramment.
Un seul exemple suffira pour appuyer notre dire. Dans la Geometria (p. 125), on trouve pour l'aire A d'un segment de cercle
cn fonction de la corde s et de la flèche k, la formule approximative :
sth
s\°1
très remarquable en ce sens que l’erreur commise ne dépasse
guère celle de l'évaluation d'alors, x = = Rien n’était plus facile
que de tirer de là pour l'arc L du segment en fonction des mêmes
Page 14
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)variables une formule également rationnelle, également satisfaisanle comme approximation :
A
(2)
.
5 3
~ oR
ni
Leth.
1+ip
On ne rencontre, au contraire, dans les écrits héroniens, pour L,
de comparables à la formule (1), quoique cependant bien inférieures
comme exactitude, que des expressions irrationnelles :
L=Vs + 4h? + 8
(Geometria, p. 128)
L= Vs + 6h + (Vs + mn: (
@
p.428)
Ces derniéres formules devaient donc étre pour les Grecs,
comme elles le sont pour nous, plus rapides à calculer que la
formule (2).
Quant au procédé d'extraction, en ce qui concerne la partie
entiére de la racine, je ne congois guére que Nesselmann doute
si les Grecs en connaissaient un semblable au nôlre (mutatis
mutandis), alors qu'il développe (p. 144 et suiv.), d'après le texte
de Théon d’Alexandrie, la méthode pour l'extraction de la racine
d'un nombre composé en degrés, minutes et secondes. Inutile de
dire que cette méthode est identique à notre procédé élémentaire;
il ne pouvait en être autrement.
Que les Grecs aient pu employer des tables de carrés, comme
le faisaient déjà les Chaldéens, c'est très possible, probable même
si l’on veut; encore aujourd’hui de pareilles tables se trouvent et
sont très utiles, dans les Aide-mémoire d'ingénieurs. Mais que
peut-on en conclure?
A la vérité, la question n'est nullement Îà; elle porte sur les
moyens employés par les Grecs pour la détermination des parties
fractionnaires des racines incommensurables que l'on rencontre
dans leurs écrits. Or il y a, pour ces racines, deux sources principales, la Mesure du Cercle d'Archimède ct les écrits héroniens.
Page 15
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Nous consacrerons une étude spéciale à la première qui présente
peu d'intérêt en fait pour notre sujet actuel; car les deux valeurs
de V3 qu'Archimède prend comme point de départ, peuvent avoir
été obtenues, comme je l'ai déjà dit dans mon Essai sur Pappus,
par la solution en nombres entiers des équations :
32 —-y =|,
3a*—y*
= 2.
D'autre part, ‘approximation des autres racines n'est pas poussée
suffisamment loin pour asseoir des conclusions certaines : nous
nous contenterons done de dire pour le moment que leur étude ne
peut en aucune manière modifier les résullats déduits des racines
héroniennes.
.
Quant à celles-ci, il convient de les distinguer en deux classes :
les unes sont données explicitement; j'ai relevé soigneusement
toutes les fractionnaires qui ne sont pas exactes, elles se trouvent
au nombre de 25. On les verra ci-après et nous allons les étudier
les premières; les autres peuvent se tirer indirectement de formules approchées pour la surface des polygones réguliers, en
fonction du côté.
Nous essaierons plus loin de restituer l'invention de ces formules,
question que M. Cantor (p. 45) a regardé comme suffisant de
poser.
IV
Si la méthode des Grecs, pour l’extraclion d'une racine carrée,
était la même que la nôtre, lorsqu'il s'agissait d'unités entières ou
de fractions sexagésimales, en quoi pouvait-elle en différer pour
la détermination d'autres fractions? La réponse est facile; en cela
seulement que ces autres fractions formaient un système de
numération fractionnaire que nous ne pratiquons pas plus que les
anciens n’ont pratiqué le systéme décimal. Quant a la fraction
ordinaire, à numérateur et dénominateurs entiers, mais d’ailleurs
quelconques, les Grecs la connaissaient bien, et on la trouve déjà
dans Archimède; toutefois elle ne semble dominer qu'à partir du:
Page 16
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)n° siècle de notre ère (Diophante). En tout cas, toutes les parties
fractionnaires des racines incommensurables dans les écrits héroniens sont exprimées sous une autre forme, par une suite de
fractions dont le numérateur est l'unité el dont les dénominateurs
vont en croissant, Seule des autres fractions que nous employons,
i jouit du privilège singulier de pouvoir, s'il y a lieu, figurer au
premier rang de cette suite.
Ce système de numération, emprunté de toutes pièces aux
calculateurs égyptiens, ainsi que le prouve le papyrus de Rhind,
a des avantages notables, lorsque, ce qui était l'usage, le dénominateur le plus élevé ne dépasse point 100; avec un peu de
pratique, on arrive en effet à opérer très rapidement la multiplication par un tel quantième, soit d'un nombre entier, soit d'un
autre quantième semblable. Quant a l'addition, pour la réduction
de deux quantiémes à dénominateurs. égaux et impairs, nous
savons, précisément par le document égyptien, qu'elle faisait l'objet
d'un exercice particulier. La soustraction exige aussi quelques
artifices simples; mais en somme, avec ce système, la pratique
des quatre règles est commode et l'approximation — satisfaisante
pour des besoins ordinaires.
C'est uniquement l'existence de ce système que nous devons
avoir en vue, pour l'objet de nos recherches, et nous devons tout
d’abord nous demander : un tel mode de numération étant admis,
comment ferions-nous naturellement pour poursuivre l'extraction
d'une racine carrée dont la partie entière est déjà déterminée?
Nous répondrons qu'il faut distinguer et que nous agirions
différemment, suivant le degré d’approximalion que nous désirons.
Or devons-nous espérer que dans tous les exemples des écrits
héroniens, les divers auteurs des calculs aient tous cherché le
même degré? Évidemment non, et l'examen des-racines le prouve
surabondamment. Nous devons admettre au moins trois degrés
successifs d'approximation.
Supposons d'abord qu'il s'agisse du premier. Ce qu'il y a de plus
naturel est évidemment de diviser simplement le reste par le
Page 17
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)double de la racine entière et, s’il y a lieu, de décomposer cette
fraction en quantièmes. Nous savons d'ailleurs qu'en agissant de
la sorte, nous avons la racine par excès.
Combien sur les vingt-cinq racines héroniennes, en trouvonsnous qui peuvent être obtenues de la sorte? Cinq qui sont :
(4)
V63 = 8— 1°
(Stereom. (I), p. 163)
très remarquable en ce que le complément est négatif;
(2)
V1125 = 33 5 =
(Stereom. (11), p. 182)
(3)
V1081 = 32 ;
| dd
le complément représente 2:
14
= 8’
(
de
p- 183)
(do
p. 184)
le complément représente Di,
(4)
V50 = 7 Le
|
le complément est immédiatement obtenu.
(5)
—
„1A
V78=8 3816
(
4d
x
p. 185)
le complément représente a
Les quatre derniéres de ces racines, qui se suivent dans un des
écrits les moins estimables de la collection héronienne, appartiennent évidemment à la même main, et leur comparaison prouve
clairement que nous en avons rencontré la véritable explication,
alors qu'au premier abord, cette explication, pour une racine
isolée comme (3), peut paraitre présenter des difficultés insurmontables.
Mais le procédé que nous avons indiqué peut, méme pour un
premier degré d'approximation, dépasser le but cherché ; il conduit
en effet le plus souvent à une suile de plusieurs fractions complé-
Page 18
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)mentaires, et on peut n'en désirer qu’une seule. Que fera-t-on
dans ce cas?
Il s'agit de substituer auà quotient du reste par le double de laracine entière, un seul quantième; le dénominateur s'en obtiendra
naturellement-par la division du double de la racine entière par le
reste. D'ailleurs, dans cette division, on choisira le nombre entier
le plus voisin du quotient exact, et suivant qu'il sera approché
par défaut ou par excès, la racine le sera par excès ou par défaut.
Remarquons cependant que si nous employons comme complément la fraction 5, nous devons modifier légèrement cette règle.
Si le quotient entier de la division est l’unité, nous aurons à
examiner si 1 3 ou 2 s'approche davantage du quotient exact. Mais
il ne suffira plus, si l'on choisit 4 i, c'est-à-dire le complément 2
que ce quotient soit approché par excès, pour que la racine le soit
par défaut.
Nous trouvons dans les écrits héroniens quatre racines au
premier degré d'approximation qui sont déterminées de la sorte,
à savoir trois par excès
:
|
WATT
SR
am...
IT
1
Vw 334
(8)
VOUS
LS
Cd.
.
:
p.430)
(Goepon., p. 212)
et une par défaut:
o
(9)
(Stereom. (II), p. 184)
VE =7 5
Les deux racines de la Geometria appartiennent 4 des problèmes
où l’on répète, sur d'autres données et avec une rigueur moindre,
les calculs de questions précédentes; elles semblent donc ne pas
provenir de la source originale. Les deux autres ne doivent pas
inspirer plus de confiance.
T. IV (2¢ Série).
Page 19
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)La dernière est remarquable en ce sens qu'on pourrait l'obtenir
en divisant le reste par le double de la racine augmenté d'une
unité, suivant un procédé signalé par M. L. Rodet chez des auteurs
arabes. Mais l'application tentée de ce procédé aux vingt-cinq
racines héroniennes ne réussit pour aucune autre; je suis donc
conduit à l'écarter en principe des recherches entreprises ici.
Nous pouvons désormais passer au second degré d’approximation. Comment peut-on le supposer obtenu, toujours suivant la
marche la plus naturelle?
Tl faut évidemment partir du premier degré, avec un seul
quantième, former le nouveau reste et le diviser par le double de
la racine obtenue. D'ailleurs on pourra, soit décomposer intégralement en quanliömes le quotient de cette division (approximation
par excès), soit s'arrêter dans celle décomposition en négligeant
les termes à dénominateur trop considérables, soit enfin substituer
à ce quotient un quantième unique, par excès ou par défaut, en
suivant le même procédé que tout à l'heure. D'autre part, pour
éviter les soustractions et les calculs qu'elles entraînent, il
conviendra en principe que le premier degré d'approximation soit
par défaut.
Or, en premier lieu, nous trouvons cinq racines où le second
quotient est complet.
(40)
_
ALI
VIB
= 4153 421°
(Geometria, p. 93)
où je considére, par exception, la suite comme représentant les
deux termes 37 zi obtenus successivement, le premier par
excès et par conséquent le second négatif.
(44)
Vali
PIA
ou le second quotient est
(12)
TARA
111
E
FETO
.
| (Geometria, p. 94)
4 tz
4.
=p
11
1
V6300 = 79 = — —s
(
Page 20
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)1
1
179
sao:
i
où il est si = 30 + 108 (transformation identique à celle du
papyrus de Rhind pour cette mae
(13) —
V1575
— LE351°
(44)
V216
= 414;333°
(Geometria, p. 95)
21
(do
p. 440)
Tous ces exemples me paraissent pouvoir être attribués à Héron;
il n'en est pas de même des deux suivants, où l'on semble s'être
arrêté dans le développement du second quotient :
(48)
Vasi 18 5+5
(Stereom. (Il), p. 188)
où il aurait été :
LALA
MILLER) 4
37
4 9-444 333”
et où par suite la racine est prise par défaut :
1,
VB
1813 8’
[ad amd
(46)
(Geepon., p. 217)
où l'on a au contraire forcé le second terme
du développement.
44
Tik
tt
37 4 8 296
et où par suite la racine est par excès.
Dans quatre racines, au lieu de développer le quotient, on lui a
substitué un seul quantième, dont le numérateur est réguliérement obtenu en divisant le double de la racine obtenue par le
reste, une fois en prenant le plus faible entier contenu dans le quotient :
47)
V 5000 =
= (par excès),
(Geepon., p. 242)
Page 21
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)trois fois en forgant d'une unité.
(48)
V720 = 263 13 (parexcès),
(19)
208 — MA 15 (par défaut), ( d°
(20)
:
111 611 e
Va}349
— 635=
d°
(Geometria, p. 410)
p. 46)
.
(Stereom. (ID), p. 185)
De ces quatre dernières,je considère comme seule authentique
(18) où, à la différence des autres, on s'est astreint a prendre le
nombre entier le plus voisin du quotient exact.
Avant d'aller plus loin, faisons deux remarques :
Il y avait lieu de se demander si les anciens avaient pratiqué la
règle, aujourd'hui enseignée dans nos écoles, dans le cas où le
nombre dont est extrait la racine est fractionnaire, à savoir de le
réduire à un dénominateur carré. Les essais que j'ai faits dans ce
sens n’ont guère abouti, sauf pour une seule racine que nous
n'avons pas encore vue.
(21)
Velid=s232
par exces) , (Geometria, p. 92)
Elle s'expliquerait très simplement par l'approximation
V135= 115
en divisant par 4. Mais l'isolement de ce cas me fait préférer
l'hypothèse d'une approximation au troisième degré, où, si l'on
prend successivement
3i- comme premières fractions de la suite
complémentaire, 6 est le plus grand entier contenu dana le quotient H
À qu double ‘de la racine obtenue par le reste. La suite
A
246
ur ensuite ‘816 mise sous une forme plus simple et: plus
dans les usages de l’école,Sr
J'avoue toutefois que cette déduction compliquée peut laisser
Page 22
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)un doute; il n'existe au reste qu'un autre exemple d’une approximation: au troisième degré
|
1
444
dese
où le troisième quotient est complet (approximation par excès).
Reste en second lieu à répondre à une objection possible. Il ne
semble pas y avoir une règle précise pour le choix des premières
fractions complémentaires; notamment sur les exemples du
second et du troisième degré d’approximation, il y en a huit où la
plus convenable par défaut est a sor pour six de ces huit (15)
(16) (17) (18) (21) (22), on aurait au contraire choisi 53 de méme
dans l'exemple (21), la seconde fraction la plus convenable par
défaut eut été 3 au lieu de i Enfin, dans les deux cas où la
première fraction complémentaire est à (13) et (14), elle peut
représenter 3 + HI obtenues successivement.
Jestime qu'il y avait en fait à cet égard une certaine latitude
laissée au calculateur qui pouvait en principe préférer ; à 5 pour
éviter une fraction au double de la racine obtenue, et qui semble,
dans l’exemple (21), avoir, en second lieu, choisi
pour éliminer
les fractions du reste. Ce sont là des artifices de calcul très
admissibles, même dans une méthode régulière ; mais celte latitude
n’en était pas moins regrettable pour une approximation rapide,
et en particulier l'exemple (21) est très peu satisfaisant; aussi ne
puis-je guère le considérer comme authentiquement héronien.
Il semble d’ailleurs que ce n’était que dans le cas de l'emploi
de semblables artifices, que l'on sentait la nécessité de recourir à
un troisième degré d'approximation; en appliquant rigoureusement les règles, le second devait, en thèse générale, suffire aux:
besoins de la pratique. Il se calculait très rapidement, beaucoup
Page 23
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)PAUL TANNERY.
plus rapidement pour une même approximation que nos racines
décimales, d'après notre méthode vulgaire. À ce point de vue, on
pourrait même regrelter que l'enseignement de cette vieille
méthode, si naturelle et si simple, ait disparu de nos éléments.
Il nous reste à examiner trois racines des écrits héroniens qui
semblent réfractaires à cette méthode.
(23)
V 108
= 10 3 n
(Stereom. (II), p. 183)
me parait avoir été obtenu par un artifice particulier. Le calculateur aura remarqué que V108
= 6 V3, et il aura substitué à V3
une valeur classique = que nous allons retrouver tout à l'heure.
Quant aux racines :
oran 18
1111
(24)
Vaco 1” 49 FRVETETE
es
VesB-alliit
.
N
(Geometria, p. 96)
à
è
je n'hésite pas à penser qu'elles n'ont jamais été calculées direc.
|
tement.
Pour s'en convaincre, il suffit d’examiner la suite des problème
des pages 94-96. La valeur (44) sert d'abord à calculer l’aire d'un
premier parallélogramme (79 ; a x) et celle d'un second
(29 5 5 5) qui avec deux triangles, chacun de 25 i x 5
recompose le premier. Par les formules (12) (13) (22) (24) (25),
on calcule par des extractions de racine : la première de ces aires,
sa moitié, la seconde, le double de la dernière, et enfin cette
dernière. Puis on établit la concordance; il est évidemment très
improbable quelle ait pu être obtenue par aucun procédé d'extraction, alors surtout que l'on ne retombe pas exactement sur les
aires déjà calculées autrement. Il faut donc croire que (24) a été
en réalité calculé par la différence de (12) et de (22) & (25) en
Page 24
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)prenant la moilié de cette différence. J’admels au reste que tous
ces calculs sont véritablement héroniens.
Je crois être au bout de la première tâche que j'ai entreprise;
peut-être certains points de détail restent-ils contestables; mais
je crois avoir suffisamment établi que les Grecs de l’école héronienne employaient pour l'extraction des racines carrées une
méthode simple; je crois avoir restilué l’ensemble de cette
méthode, sur deux éléments essentiels, l'application du théorème
fondamental :
(a + b)* = a + 2ab + 6,
et l'emploi des quantièmes. C'est au reste ce dernier élément seul
qui peut lui donner un caractère particulier. Quand il se trouve
que le reste se présente lui-même sous la forme d’un quantième
(à dénominateur carré), cet emploi peut, avec l'usage de termes
négatifs, se borner à la détermination facile de quantiémes
complémentaires successifs, sans que l’on ait à opérer des décompositions de quotient comme nous en avons vu. Alors on retombe
identiquement sur le procédé reslitué, dans uñe note citée plus
haut, par M. Léon Rodet, sous le nom du brahmane Baudhäyana.
Cette coïncidence est évidemment toute naturelle et n'implique
aucune communauté d'origine.
Dans ce cas, on obtient une suite indéfinie de solutions d'une
équation de Pell, et c'est là, comme je le montrerai dans une
autre étude, qu’il faut sans doute pour ces équations chercher
l’origine de la méthode hindoue, et non pas dans les déductions
essayées par Hankel. Mais tout en admettant l'originalité de cette
méthode, la même raison de simplicité réelle du problème et
d'identité des points de départ, a pu permettre aux Grecs d'ébaucher
indépendamment, de leur côté, une méthode analogue, et nous
avons, notamment en ce qui concerne les valeurs approximatives
deV3 dans la Mesure du Cercle d'Archimède, de fortes présomptions pour croire, ainsi que nous l'avons dit, que le géomètre de
Syracuse élait en possession de procédés plus ou moins complets
pour la solution du problème.
Page 25
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)PAUL TANNERY.
Lorsque j'ai-commencé a étudier les racines que l'on peut
déduire implicitement des formules héroniennes pour le calcul des
aires des polygones réguliers en fonction de leurs côtés, — question
que je vais aborder maintenant, — je me proposais particulièrement de rechercher s’il n'y avait pas là de nouveaux arguments
possibles en faveur de la thèse que je viens d'énoncer. Ces
recherches ont eu, je dois le dire, un résultat négatif; c'est-à-dire
que la méthode d'extraction restituée plus haut a toujours suffi. La
divination, dans ces conditions, de l'origine de ces formules, n'en
présentera pas moins, je l'espère, quelque intérêt pour le lecteur.
V
L’approximation dans les coefficients rationnels des formules
héroniennes relatives à la surface des polygones réguliers, est très
variable (de la première à la troisième décimale). Pour l’étude de
ces formules, nous les diviserons en quatre groupes, suivant que
les polygones dérivent du triangle équilatéral, du carré, du décagone, ou enfin que leur surface est transcendante.
der GROUPE
Formules approchees.
13,
Formules exactes.
ALLIE
s, = À a = ai x 26,
s, = at — ag. 2,808476,
S= = al= al, X 11.28,
S,.=a3,.3(2+V3) = %-11,196132.
Les deux premiéres de ces formules approchées supposent que
l'on a pris
2
4,
la troisième, au contraire,
Page 26
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Ici il n’y a point de difficulté; nous sommes en présence
d'approximations régulières au second degré (à quotient complet);
9
seulement pour l’une, la première fraction complémentaire est =,
pour l'autre, à
La seule question que l'on pourrait poser serait de savoir si la
moins grande approximation, pour la surface du dodécagone,
vient bien du choix de la valeur 2 et non de ce que les Grecs,
ayant obtenu l'apothème sous une forme plus compliquée, comme
È V7+6V3, auraient été incapables de la simplifier.
On peut répondre hardiment par la négative. Qui a étudié en
particulier le dixième livre d’Euclide, qui a vu avec quel soin
(Eléments, XIII, 11) le Maître établit que, lorsque le rayon du
cercle circonscrit est rationnel, le côté du pentagone est une
irralionnelle mineure (&hásowv), ne peut douter que ce ne fût, au
moins après lui, un exercice classique que de démontrer que si le
côté du dodécagone est rationnel, l’apothème est une binomiale
(bx dbo dvopdrwv).
_ _ Si donc nous rencontrons deux valeurs différentes pour V3, c'est
qu’en raison de T'approximation que l'on se contentait d'obtenir
(environ zm d’erreur relative pour le côté égal a onla premiére aurait conduit pour le dodécagone à un coefficient 55 jugé
trop complexe.
2° GROUPE
Nous n’avons pas à nous occuper du carré, mais seulement de
l'octogone.
Formule approchée.
Formule emacie.
$, = a} = + a2.4,833333,
S, = a2.2(44 VZ)
= a3. 4,828427.
L'approximation, assez remarquable, montre bien que le doute
élevé au sujet de la surface du dodécagone n’est pas recevable.
Page 27
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)On déduit de là :
-
v3_
17
1
1
ce qui est de même une approximation régulière au second degré
(quotient complet),
3° GROUPE
Formules approchées.
Formules exactes,
s, = 01.3 = 0}.1,606066,
8, — 0! V25+10V5 _ 51072047
4
>,
S=a. da a}.4,714988,
S= a = 4a},.7,8,
Sal.Tre
— a!,.7,608208.
Il est clair que, pour le décagone, on s’est contenté de prendre
pour 8 la partie entière 2; aussi l’approximation n'est guère
satisfaisante. Sans doute, on avait dû, comme pour le pentagone,
calculer une formule moins inexacte; mais la commodité de celle
que nous avons donnée laura néanmoins fait conserver, et elle
nous est seule parvenue.
La même approximation pour VB (savoir V8 — 2) conduit è”
la première formule pour la surface du pentagonc, car alors on a:
S, = HE VB.
En extrayant la racine carrée au second degré d'approximation
avec le quotient complet,
—
2
1
=
TO mm
ol ow
d'où, en divisant par 4 et négligeant —,
ze le coefficient
Page 28
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Cette approximation, très grossière, peut cependant avoir une
autre origine; car, d'après une formule que nous allons rencontrer
tout à l'heure, les anciens prenaient pour le diamètre du cercle
el ©
circonscrit au pentagone:
d = 5 4»
en sorte que le rayon, l’apothème et la moitié du côté formaient
un triangle rectangle dont les côtés étaient regardés comme proportionnels à 5, 4, 3, d'où s’ensuit immédiatement la formule :
5
S = 35%
L'autre formule pour la surface du pentagone, où le coefficient
est "i quoique elle-même soit loin d'être satisfaisante, semble
témoigner de tentatives plus intelligentes.
Supposons
l'extraction de V5 régulièrement faite par.faut,
au premier degré seulement:
Calculons maintenant 47 au premier degré par excès avec un
quotient complet :
Vi =7—
d'où suit immédiatement la formule.
En somme, les valeurs approchées pour ce groupe laissent
singulièrement à désirer, et indiquent chez leurs auteurs une
réelle inhabileté pour le calcul des irrationnelles de la forme
Va + Vb:
Page 29
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)4° GROUPE.
Formules approchees. --
-
Formules exactes.
S, = a} a = a? .3,583333...,
S, = a}.3,633H0...,
S= a = a}.6,378,
Ss, = 03.6.181824....
i
S= a = a} .6,333333,
66
2
N
S= 4}2 7
= aj,
.9,421571,
2
S= @;,,9,363802....
L'examen de ces formules conduit à cette remarque inattendue
que l'approximation la plus satisfaisante se rencontre là où on
pouvait le moins s'attendre, c’est-à-dire pour l'endécagone. Il y a
donc lieu de supposer a priori que l'origine de cette formule n’est
pas la même que celle des deux autres.
Mais quels moyens peut-on supposer employés par les Grecs
pour arriver à l’une quelconque de ces trois approximations?
Nous trouvons dans le Liber Geeponicus
(p. 225 et suiv.), une
relation approchée qui présente un caractère d'antiquité assez
accusé; elle consiste, a, étant le côlé d'un polygone régulier
de n côlés et d, le diamètre du cercle circonscrit, à prendre :
= nl.
dn
3
Nous considérons cette ápproximation tomme très ancienne,
parce qu'il est facile de voir que
na, tend vers x lorsque n augdn
mente, et que dès lors la formule doit rémonter à une époque où
l'on prenait couramment x = 3, au lieu de r = 2. A la vérilé,
ni l’une
ni l’autre de ces valeurs de x, introduites dans la formule
„ne constituent une certaine approximation qu'à partir du pentax.
Page 30
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)gone, et jusqu’à l’ennéagone, le. nombre 3, qui donne l'identité
pour n = 6, a l'avantage. Mais ceci n’infirme pas notre remarque
sur une relation donnée comme générale et dont, au reste, si on
la prend simplement pour ce qu'elle vaut, l'invention ne présente
rien d’extraordinaire.
Or on en conclut :
ee
Aan
/à
a ne
a.
Faisons n — 7
5
1960.
sea. EV Ke 5
| D'ailleurs V1960
— 44 7- approximativement.
Comme rapprosimation sur le diamétre le donne évidemment
trop fort, le calculateur a pu vouloir réduire sur la racine et
prendre |43 au lieu de 44. Mais celte réduction élait trop forte;
=
= 3: eüt été par excès,‘ilest veai, mais plus approché et
è lus
commode pour le calcul.
Faisons maintenant n — 9. 4
On a approximativement :
ce qui donne le coefficient7
© 1 de l’une-des deux formules pour
l'ennéagone.
~ L'autre = correspond au contraire à une racine réduite © © ©’
V Gis
Page 31
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)mais la réduction est encore insuffisanté, puisque même 24;
serait un peu trop élevé.
Quant à la formule S,,, elle n'a certainement pas élé obtenue
de cetle façon.
Tandis que les précédentes, S, et S,, correspondent à des
évaluations irrationnelles pour les diamètres des cercles circonscrits en fonction des côlés, on déduit de la valeur donnée à la
surface de l'endécagone :
di =
7 due
C'est donc bien par un procédé distinct que la formule S,, a été
établie, et ce procédé est au reste facile à reconnaitre,
Si l’on identifie à sa corde l’arc du 22° de la circonférence,
soit d'ailleurs f, la flèche pour le côté du polygone régulier de
=
41 côtés, et soit pris x = = on a immédiatement
et d'autre part :
|
|
hdi
fi = Of, + af.
D'où facilement
_ an
ET
ou par approximation :
ce qui conduit aux valeurs données plus haut pour d,, et S,,.
Cette déduction présente un degré de probabilité beaucoup plus
marqué que celle que nous avons essayée pour S, et S,, sauf
peut-être en cé qui concerne la valeur :
S,
Page 32
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Mais il suffit à nos prétentions de montrer que ces diverses
formules ont dû être obtenues par des procédés très simples, et,
vu leur imperfection, il n'y a guère lieu de rechercher plus avant
quelle marche a été suivie en réalité pour les établir.
En résumé, ces diverses formules pour la surface des polygones
réguliers n'indiquent nullement une science déjà sûre d’ellemême; elles ne doivent être en aucune façon attribuées à Héron,
qui ne semble avoir employé que l'approximation la plus satisfaisante et la seule vraiment classique :
|
„a __ 26
V3
= Ta
‘ Elles se rencontrent dans des additions faites à la Geometria
en dehors du plan nettement défini de cet ouvrage; elles figurent
d'ailleurs une fois sous la rubrique tv &\Aw Bıßilw (dans un autre
livre), une autre fois sous celle : EbxAei3ou edSvuerotxa (p. 134-137).
Nous mhésitons pasà les regarder. comme antérieures à Euclide,
en thèse générale.
—
VI
Nous terminerons cette étude en parlant de deux problèmes
d'analyse indéterminée que l'on rencontre au milieu des questions
de géométrie pratique qui font l'objet du Liber geeponicus
(p. 218-219).
|
Nous avons déjà eu occasion de faire allusion à ces problèmes
dans notre étude sur Pappus. Voici la traduction.
du grec, dans
laquelle. sont indiqués en italique les mots pour lesquels j'ai dû
m'écarter du texte de M. Hultsch.
« 78. Trouvez deux rectangles 1, tels que le périmètre du second
» soit triple de celui du premier * et l'aire du premier triple de
» celle du second. Je fais comme suit : pour le second rectangle ® :
» Elevez 3 au cube, il vient 27, qui, doublé, donne 54; mainte-
» nant retranchez 1, reste 53; soit * donc pour l’un des côtés
» 53 5 pieds, pour l'autre 54 pieds. Pour l'autre rectangle * comme
Page 33
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)» suit : ajoutez les nombres 53 et 54, ce qui donne 107 pieds;
» multipliez par 3, il vient 321; maintenant retranchez 37,
» reste 318 pieds; soit donc pour l’un des côtés du premier
» rectangle 318 pieds; pour l’autre côté 3 pieds. Il vient pour
» l’une des aires 954 8 pieds, pour l'autre 2862. »
« 79. Trouvez deux rectangles $ dont les périmètres soient
» égaux et dont l'un ait une aire quadruple de celle de l’autre.
» Élevez 4:au cube, il vient 64; retranchez 1, il reste 63 pieds
» pour le demi ® périmètre de chacun des deux rectangles 1°, Pour
» distinguer les côlés, je fais comme suit : Prenez 4, retranchez 1,
» reste 3; soit donc 3 pieds pour l'un des côtés. Pour l'autre côté,
» comme suit : de 63 retranchez 3, reste 60 pieds. Quant à
» l'autre rectangle 5, faites comme suit : multipliez 4 par lui-
» même, il vient 16 pieds; retranchez-en 1, reste 15 pieds; que
» ce soit là le premier côté. Pour l'autre, comme suit : retran» chez 15 de 63, reste 48; soit * pour l'autre côté 48 pieds. Une
» des aires est de 720 pieds, l'autre de 180 pieds. »
1. ywopla terpdyuwva, litt. « espaces carrés ». — 2. Lacune du texte à combler. —
8. N'est pas dans le texte. — 4. Le manuscrit donne l'impératif, M. Hultsch met le
futur. — 8. Au lieu de vc’ (66), il faut lire vy’. — 6. ywplov. — 7. Lacune du texte.
— 8 Au lieu de p23’ (844), il faut lire % v8’. — 9. N’est pas dans le texte. —
10. mapaddydwv xheup@v pour « parallélogrammes >.
Ces deux problémes peuvent 8e représenter par un seul système
d'équalions :
O
ar +y)=u+v,
“ey = bur.
Si a et b sont deux nombres entiers donnés, la solution générale
s’obtient en- posant entre nombres entiers les relations suivantes,
a et 8 étant d'ailleurs arbitraires :
asp. .
uaa,
ab—A=rs,
-
v=a(e+y)—u;
Bb = mn,
æ = abu + atg*nr,
y=abu+ ms.
Les solutions héroniennes
sont les suivantes ; _
Page 34
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Pour a = b, premier probléme :
2 = 2a’,
ua,
y = 2a — 1,
v = 2a(a
— 1).
Pour a = 1, second problème :
a=b-1,
= b'(b
— 4),
u—b—1,
r = b(bt
— 14).
La solution du second problème, où è — 1 entre comme facteur
dans les différentes valeurs des inconnues, est loin d'être aussi
élégante que celle de la premiére.
En substituant à ce facteur un autre quelconque 8, on trouve
la généralisation :
y= Bi",
b= Bb(b + 1),
que M. Cantor (p. 62) a signalée dans le Livre de Calcul de Maxime
Planude (éd. Gerhardt, Halle, 1865) écrit au xıv® siècle. Il élève
à ce sujet des doutes sur la véritable origine des problèmes dont
il s'agit, et ne considère pas comme impossible qu'ils viennent de
l'Inde.
Je ferai remarquer qu’au fond ces problèmes sont absolument
du genre de ceux auxquels s'appliquent les procédés de Diophante,
et que la solution en nombres entiers el non simplement rationnels
doit être considérée comme un pur accident. Quant à la forme de
l'énoncé, elle est très voisine de celle des Paradoxes d'Erycinos,
au 11° livre de Pappus, et paraît donc bien appartenir à la premiére époque de la science grecque. Il est à peine utile de dire
que l'attribution de ces problèmes à Héron ne peut être qu’une
simple hypothèse.
La forme de la rédaction est particulièrement intéressante; car
si l'habitude antique était de présenter ainsi, suivant une marche
synthétique, la solution des problèmes d'analyse indéterminée,
un ouvrage, comme celui de Diophante, où l’on procède en sens
T. IV (2° Série).
Page 35
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)PAUL TANNERY. — L’ARITHMETIQUE DES GRECS, ETC.
inverse, était d'une nécessité bien évidente. On aurait ainsi une
explication toute naturelle du succès de cet ouvrage et de la
disparition subséquente des autres recueils antérieurs dont l’existence est à supposer.