En mathématiques, et plus précisément en théorie des nombres, un entier positif est dit congruent s'il existe un triangle rectangle dont les trois côtés sont des nombres rationnels et dont l'aire est . Autrement dit est un nombre congruent si et seulement s'il existe tels que et . Montrer qu'un entier donné n'est pas congruent est un problème difficile, non encore résolu en 2022 dans le cas général.

Historique Dans son Livre des carrés, Leonardo Fibonacci définit la notion de nombre congruent, en montrant que 5 est congruent (il résout le problème équivalent de trouver trois carrés rationnels en progression arithmétique de raison 5)., mais ces questions avaient déjà été abordées par les Grecs (en particulier chez Diophante), et on en retrouve même la trace dans des problèmes babyloniens. Au milieu du , Pierre de Fermat a montré que 1 n'est pas congruent ; c'est à cette occasion qu'il a exposé sa méthode de descente infinie. En 1879, Samuel Roberts, utilisant la méthode de Fermat, obtient divers résultats partiels, par exemple le fait qu'aucun nombre premier de la forme n'est congruentLe plus petit nombre congruent congru à 3 modulo 8 est .. En 1983, obtient (satisfaite en particulier par tout nombre congru modulo 8 à 4, 5 ou 6) pour qu'un nombre soit congruent, et montre que cette condition est suffisante si la conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer est vraie pour certaines courbes elliptiques. ; il est possible de vérifier numériquement cette conjecture dans un grand nombre de cas particuliers, ce qui a permis d'établir la listeVoir la . des nombres congruents jusqu'à ; en 2009, admettant la conjecture, des listes allant jusqu'à ont pu être établies Congruent number theta coefficients to 10^12, 2009..

Analyse élémentaire La définition la plus simple d'un nombre congruent est que c'est la raison d'une progression arithmétique entre trois carrés de nombres rationnels, autrement dit que est congruent s'il existe trois rationnels , et tels que . Si , et sont les trois côtés d'un triangle rectangle à côtés rationnels

, et donc que , on voit que, posant , et , la condition précédente est satisfaite avec , ce qui montre que le nombre , qui est l'aire du triangle, est congruent ; on en déduit une seconde définition : un entier est congruent si c'est l'aire d'un triangle rectangle à côtés rationnels. Il en résulte qu'aucun nombre congruent n'est un carré parfait (c'est l'une des formulations du théorème de Fermat sur les triangles rectangles).

Utilisant le paramétrage classique du cercle unité et , on en déduit que est congruent s'il existe et rationnels non nuls tels que , ou, de manière équivalente, si l'équation admet une solution rationnelle non nulle.

Relations avec les courbes elliptiques Le résultat précédent montre que est congruent si et seulement s'il existe des points rationnels (distincts de ) sur la courbe d'équation (ou sur la courbe ) ; cette courbe est une courbe elliptique, et ce type de question, déjà abordé dès le , a fait d'importants progrès à partir des années 1960 grâce aux méthodes de la géométrie algébrique. L'utilisation du groupe de la courbe permet, connaissant un point rationnel, d'en trouver d'autres Jennifer Ann Johnstone, Congruent Numbers and Elliptic Curves., mais l'existence ou non de points rationnels est beaucoup plus difficile à établir. Une application du théorème de la progression arithmétique permet de montrer qu'un tel point existe si et seulement si la courbe est de rang > 0, ce qui permet d'aboutir au donnant la condition pour que soit congruent en fonction du nombre de solutions entières d'une équation simple à résoudre, condition démontrée nécessaire, et suffisante si la conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer est vraie pour ces courbes elliptiques.

Forme générale des nombres congruents droite|vignette|Triangle rectangle Un triplet de nombres rationnels >0 donnant un nombre congruent peut s'écrire , où ; est donc un triplet pythagoricien. Les nombres congruents sont donc les nombres entiers de la forme où sont les deux premiers termes d'un triplet pythagoricien. Ces derniers étant de la forme (on choisit pair), les nombres congruents sont les nombres entiers de la forme , entiers >0 , .

Exemples Voici les nombres congruents inférieurs ou égaux à 21 : 5, 6, 7, 13, 14, 15, 20, 21Voir la . et leurs paramètres. 94041654345121175288337601699690325366316656814158172411272425243 Tout entier quotient (ou produit) d'un nombre congruent par un carré parfait est encore un nombre congruent (voir par exemple le nombre 20 ci-dessus). Un nombre congruent est dit primitif s'il est sans facteur carréVoir la .. Par exemple, les entiers et sont congruents primitifs. Statut des nombres inférieurs à 48NCP : non congruent sans facteur carréNCP× : non congruentCP : congruent primitifCP× : congruent n 1 2 3 4 5 6 7 8 NCPNCPNCP1×2CPCPCP2×2 n 9 10 11 12 13 14 15 16 1×3NCPNCP3×2CPCPCP1×4 n 17 18 19 20 21 22 23 24 NCP2×3NCP5×2CPCPCP6×2 n 25 26 27 28 29 30 31 32 1×5NCP3×37×2CPCPCP2×4 n 33 34 35 36 37 38 39 40 NCPCPNCP1×6CPCPCP10×2 n 41 42 43 44 45 46 47 48 CPNCPNCP11×25×3CPCP3×4

Notes et références Notes

Références

Bibliographie . Pierre Colmez, « Le problème des nombres congruents », Gazette de la Société mathématique de France, 2005 (repris et développé dans , annexe E).

Liens externes

Catégorie:Entier naturel