Retrouvez un résumé de l'histoire de Pi, ses approximations et leurs méthodes de calcul, ainsi qu'un annuaire des pages web en français sur Pi. Mis à jour lundi 16 avril 2001. Version avec cadres.
Auteur du site : Jérôme NEBOUT. Origine : Descartes (Indre-et-Loire, France).
Le nombre Pi est célèbre. C'est le nombre par lequel il faut multiplier le diamètre d'un cercle pour obtenir la
longueur de sa circonférence. La notation p a été choisie au XIXe siècle, et correspond à la première lettre du
mot grec signifiant " périmètre ".
Le savant grec Archimède (250 avant J.-C.) a ainsi utilisé des polygones de 96 côtés, et
détermina que le rapport de la circonférence d'un cercle à son diamètre a une
valeur proche de 22/7 (3,1428).
La valeur de Pi est aujourd'hui connue avec une très grande précision, grâce à
ces formules et aux ordinateurs de plus en plus perfectionnés : le nombre de
décimales connues se compte en milliards - record de septembre 1999 : plus de 206 milliards de décimales.
Les mathématiciens modernes s'interrogent en voyant que les chiffres du nombre
Pi n'ont apparemment entre eux aucune suite logique :
^ Le nombre Pi est un nombre important en mathématiques. Il est aujourd'hui établi que la connaissance de quarante décimales de Pi serait suffisante pour calculer la circonférence de la Voie lactée avec une erreur inférieure à la taille d’un proton. (Pour la Science N° 235, mai 1997)
La valeur approchée 3,14 est la plus courante, et 3,1416 est un peu plus précise. Mais d'autres
approximations peuvent être utilisées, comme par exemple 22/7 ou 333/106, qui sont des fractions. Le géomètre hollandais Adriaensz Metius, qui a vécu au
XVIIe siècle, a donné la valeur approchée de Pi 355/113. Elle est particulièrement facile à retenir (113 | 355).
22/7 : 3,142857... = Pi + 0,00126... Précis à 0,04025 % près.
A Babylone, environ 2000 ans av. J.-C. d'après une tablette cunéiforme : A partir de l'étude des polygones, des approximations assez précises ont pu être obtenues. Après Archimède vers 250 av. J.-C., il y a eu :
Pour en savoir plus sur l'origine de ces approximations, consulter la page du site Pinut s'intitulant Histoire de Pi. Ou bien un document très complet au format Pdf intitulé Pi, le nombre diachronique (Université Claude Bernard, Lyon).
^ Des formules mathématiques compliquées existent pour déterminer des approximations de Pi avec n'importe quel degré de précision. Voici des méthodes utilisées pour déterminer des valeurs approchées de Pi avec une précision de quelques décimales.
Pour en savoir plus sur les formules permettant de calculer le nombre Pi, consulter le site d'Olivier Bruchez. Et au format Pdf, une liste de Formules et algorithmes pour évaluer Pi établie par Gérard Sookahet (60 pages).
Pour un cercle de diamètre 1, le périmètre de l'hexagone inscrit est égal à 3 ; celui de l'hexagone circonscrit vaut environ 3,47 (2 En calculant les périmètres de polygones ayant
plusieurs milliers de côtés, et en divisant les résultats par le diamètre du cercle, on retrouve
l’approximation de Pi 355/113. Une présentation pédagogique s'intitulant Approche du nombre Pi par encadrements se trouve sur le site de l'académie de Dijon. A voir aussi sur cette même méthode : la page de Rémi André, et celle de Nicolas Scalion.
A télécharger, un document au format Pdf intitulé Le nombre Pi et le cercle (Université de Mons, Belgique).
En utilisant cette méthode, on retrouve aussi pour p² les valeurs approchées 227/23 et 10975/1112 ; pour p3 l'approximation 123498/3983 ; pour p4, on note 2143/22.
Pour avoir une explication précise sur les fractions continues, voir la page intitulée Fractions continues (Université de Bordeaux).
Prenant la largeur d'une latte égale à la longueur d'une aiguille, la probabilité qu'une aiguille tombe sur deux lattes à la fois est de deux fois sur Pi.
En 1901, Lazzerini a calculé après 3408 lancers l'approximation de Pi 3,1415929...
Pour en savoir plus, visiter la page s'intitulant L'aiguille de Buffon sur le site d'Olivier Rochoir. Pour tester, voici une applette (Lycée de Porrentruy, Suisse). Voir aussi un dossier au format Pdf réalisé par Jean-Paul Quelen.
Choisissant au hasard un point du carré, la probabilité qu'il se trouve dans le cercle est de Pi/4.
En choisissant de manière aléatoire des points dans le carré, le rapport entre le nombre de points se trouvant dans le cercle et le nombre de points choisis va s'approcher de Pi/4. D'autant plus que le nombre de points choisis est grand.
De nombreuses expériences pédagogiques utilisant cette méthode sont disponibles sur la toile (liens). Ainsi une page intitulée Approximation de Pi remplace les points par des lentilles.
^ L'approximation 355/113 a été trouvée en Chine au Ve siècle après J.-C. par Zu Chongzhi. Elle n'a été déterminée en Occident qu'au XVIIe siècle, par Adriaensz Metius.
355/113 est beaucoup mieux que 22/7. Aucune fraction ayant pour dénominateur 113 ou moins ne donne une meilleure approximation de Pi que 355/113.
Avec l'approximation 355/113, le mathématicien Ramanujan avait calculé que pour un cercle d'un rayon de 340 km, la construction d'un carré d'une surface identique entraîne une erreur d'environ 2,5 cm sur la longueur d'un côté du carré. (Squaring the circle)
3 5 5 L'approximation 355/113 n'est pas enseignée couramment durant le cycle scolaire. Peut-être est-ce dû à la difficulté d'avoir à mémoriser deux nombres de trois chiffres.
^ Les mathématiciens ont cherché par des moyens sophistiqués à
connaître la valeur de Pi avec la plus grande précision
possible, réalisant d'importantes découvertes. D'une autre manière, l'étude des approximations fractionnaires de Pi a permis
de découvrir une approximation de Pi remarquable.
^ La découverte de formules permettant de calculer Pi a été un pas décisif dans la connaissance de ce nombre. Aujourd'hui, les ordinateurs permettent d'étudier les chiffres du nombre Pi, et de calculer toujours plus de décimales.
Vous trouverez une chronologie du calcul des décimales de Pi sur le site de Didier Pothet.
Il est facile de retrouver une liste de décimales de Pi sur Internet, quelle que soit le nombre voulu (ou presque). Pour commencer, Daniel Morin affiche sur son site 2000 décimales de Pi.
Nombreux sont ceux qui s'entraînent à mémoriser des quantités de décimales de Pi : 3,141... Le record du monde date de 1995 et est détenu par un Japonais (Hyroyuki Gotu) avec 42 195 décimales.
Le site d'Yves Fourneau propose une discussion sur l'efficacité des différentes méthodes de calcul de Pi. Voici des sites qui offrent des programmes de calcul de Pi (voir aussi la partie Programmation des ressources pédagogiques) :
Une applette basée sur la formule de Leibniz permet de calculer Pi avec la précision souhaitée. (Rigolmath)
Un programme écrit en langage C basé sur une formule d'Euler, avec toutes les explications nécessaires. (Hugues Freyssinet)
Un algorithme qui permet de calculer sur son ordinateur un nombre important de décimales de Pi. (Royale)
Pour les experts, comment calculer une infinité de décimales de Pi à partir d'une formule du mathématicien Machin, Pi/4 = 12 Arctan 1/18 + 8 Arctan 1/57 - 5 Arctan 1/239. (Eric Buchlin)
Un site qui fournit des explications techniques sur le calcul des décimales de Pi. (auteur : André Brouty)
A télécharger, un programme du professeur Kanada permettant de calculer plusieurs dizaines millions de décimales de Pi. (site de Didier Pothet)
^ Un programme permettant de tester en ligne sa connaissance des décimales des deux nombres transcendants les plus connus. (Daniel Morin)
Il existe un poème permettant de mémoriser les premières décimales de Pi. Vous pouvez le retrouver sur ce site, accompagné d'une charade (Gagnière).
Imaginez devoir écrire 52 milliards de décimales de Pi. Combien faut-il de tonnes de papier ? Et combien de temps pour imprimer ? La réponse est ici.
Une photographie de la salle du Palais de la Découverte à Paris dans laquelle sont affichées les premières décimales de Pi. (académie de Paris)
Autre formule intéressante : la surface d'une sphère vaut 4 Pi r2
Une illustration animée de la place de Pi dans la science des probabilités. (I.R.E.M. Montpellier)
Comment réaliser un dessin en couleur à partir d'un certain nombre de chiffres de Pi. (Le kangourou des mathématiques)
Le saviez-vous ? A partir des décimales de Pi, il est possible de faire de la musique ! (source : http://www.exploratorium.edu/learning_studio/pi/)
L'histoire de Pi
COMBIEN VAUT PI ?
PLUS DE PRÉCISION
AILLEURS SUR LA TOILE
Les approximations de Pi
CHOIX D'UNE APPROXIMATION
DES APPROXIMATIONS FRACTIONNAIRES
AUTRES APPROXIMATIONS
3 + 1/8 = 3,125
(16/9)², soit 256/81 = 3,16049... (Papyrus de Rhind)
223/71<Pi<22/7, soit environ 3,141851...
la racine carrée de 10, soit 3,1622...
3 + 8/60 + 30/60², soit 377/120 = 3,14166...
3 + 177/1250 = 3,1416
Méthodes d'approximation de Pi
MÉTHODE DES POLYGONES
3). Ce qui permet d'écrire : 3<Pi<3,47.
MÉTHODE DES FRACTIONS CONTINUES
MÉTHODE DU JET D'AIGUILLES
MÉTHODE DE MONTE-CARLO
L'approximation de Pi 355/113
UNE EXCELLENTE APPROXIMATION
3,14159238... = Pi - 0.000000266... Pi à 0,00000847 % près.
FACILE A RETENIR
Une approximation de Pi remarquable
EXPLICATION
355
113
Elle donne une valeur approchée de Pi dans laquelle les
6 premières décimales sont exactes (3,14159292...).
L'addition des chiffres diamétralement opposés donne à
chaque fois 6.
Et cette fraction est composée de 6 chiffres.
Les 2 parties de cette fraction sont composées de 3
chiffres chacune (2 x 3).
Elle est composée de 3 chiffres différents, qui se
retrouvent 2 fois chacun.
Ces 3 chiffres sont impairs. Ils se suivent dans l'ordre
numérique, et une deuxième fois dans la fraction (un chiffre 3 est placé après les 1, et un autre avant les 5).
INTERROGATION
Les décimales de Pi
LISTES DE DÉCIMALES DE PI
CALCUL DES DÉCIMALES
Curiosités autour de Pi
Si le cercle est fier
D'être égal à deux pierres
Le disque est tout heureux
D'être égal à Pierre II
Le volume de la sphère est égal, quoi qu'on puisse faire
A 4/3 de Pi r3
Qu'elle soit en fer
Qu'elle soit en bois
La circonférence du pied d'un éléphant est égale à la moitié de sa hauteur (des pieds aux épaules).
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^ Un site qui contient une mine d'informations sur Pi, pour les amoureux des Maths, et tous les curieux. (auteur : Boris Gourévitch)
Un article en ligne de la revue " Pour la science " (janvier 1997) écrit par Jean-Paul Delahaye, auteur du livre "Le Fascinant nombre Pi".
Une introduction au nombre Pi qui raconte l'histoire épique du calcul de Pi. Pour tous les publics. (Dictionnaire de la Télématique, Canada)
Une information complète sur le nombre Pi, sous la forme d'une série de tableaux. (auteur : Gérard Villemin)
Principalement : l'histoire de Pi et sa nature algébrique, des constructions géométriques utilisées pour le calcul de Pi. (Collège Condorcet, Fleury les Aubrais)
Un site complet qui présente notamment les grandes dates de l'histoire de Pi, de nombreuses formules avec Pi, et des programmes à télécharger.
Entre autres choses, ce site donne un aperçu des découvertes modernes sur le nombre Pi, et des images amusantes avec Pi. (auteur : Daniel Mihalcea)
Entre autres sujets : l'histoire de Pi, la démonstration de son irrationnalité, des exemples d'autres nombres irrationnels. (Lycée Saint Jean de Béthune, Versailles)
Un site réalisé par le laboratoire de mathématiques de la faculté de Sciences et Techniques de Mulhouse. A visualiser en mode 1024x768.
Vous trouverez sur ce site une chronologie du calcul des décimales de Pi. A télécharger : le programme de calcul SuperPi, et vingt millions de décimales de Pi.
Un site qui fournit des explications techniques sur le calcul des décimales de Pi. (auteur : André Brouty)
Un exposé détaillé de la place de Pi dans les mathématiques.
Une petite histoire de Pi, et la programmation du calcul de Pi par deux méthodes différentes.
Ce site explique comment calculer Pi à la main. Il propose des programmes de calcul de Pi, et une démonstration de l'irrationalité de Pi.
Ce site présente toute une série de formules mathématiques plus ou moins complexes permettant de calculer le nombre Pi.
Il s'agit là d'une discussion sur l'efficacité des différentes méthodes de calcul de Pi.
Une petite explication illustrée de la méthode des polygones telle qu'elle fût utilisée par Archimède pour approcher Pi.
Une explication illustrée de la méthode des polygones complétée par un programme de calcul en langage GFA Basic.
La quadrature du cercle est un exercice géométrique qui consiste à faire correspondre à un cercle un carré qui occupe exactement la même surface. Cette chose est impossible à réaliser.
^ Cette page présente une liste de liens concernant le nombre Pi en général, des sites expliquant des expériences à réaliser autour de Pi, des sites concernant la programmation du calcul de Pi, et d'autres sites en rapport avec Pi.
Un exposé réalisé par un groupe d'élèves de Terminale S dans le cadre d'un cours de philosophie. Document à télécharger. (académie de Toulouse)
Des dossiers du rallye mathématique du Centre de 1999 concernant Pi à télécharger. Certains réalisés par des élèves de troisième, d'autres par des élèves de seconde. (académie Orléans-Tours)
Le nombre Pi et la quadrature du cercle. Et une liste de dix-sept approximations de Pi, avec des commentaires pour chacune d'entre elles. (Réseau éducatif tunisien)
Un travail réalisé pour les CM d'une école primaire. (Pierrefite sur Loire, Allier)
Une leçon interactive sur le calcul de la circonférence comportant des exercices avec leurs solutions. (Gisele Glosser, MathGoodies)
Une leçon interactive sur le calcul de l'aire d'un cercle comportant des exercices avec leurs solutions. (MathGoodies)
Une petite chronologie des Mathématiques qui comprend quelques articles consacrés à Pi. (auteur : Serge Mehl)
Résumé des étapes historiques de la connaissance de Pi. Et un montage montrant que la circonférence d'un cercle varie par rapport à son diamètre d'une manière constante. (Melimath, Québec)
Quatorze questions sur le nombre Pi destinées à servir de base pour une recherche documentaire. (université d'Orléans)
Un article en ligne de la revue Ankh sur la mesure du cercle et de la sphère en Égypte ancienne.
Un article du journal Le Monde au format Pdf concernant la découverte de la mille milliardième décimale de Pi par Fabrice Bellard en 1997.
La version Pdf d'une licence de Mathématiques ayant pour objet les différentes parties de l'histoire de la connaissance du nombre Pi. (Université Claude Bernard, Lyon), 39 pages
Au format Pdf, une liste de formules et algorithmes pour évaluer Pi, comprenant des références historiques, bibliographiques et des démonstrations. (auteur : Gérard Sookahet), 60 pages
Un dossier au format Pdf concernant l'approximation de Pi par la méthode des polygones, envisagée du point de vue d'Archimède et de celui du mathématicien chinois Liu Hui. (université de Mons, Belgique), 19 pages (9,68 Mo, de préférence à télécharger : clic droit puis "Enregistrer la cible sous")
La présentation du livre du même nom, écrit par Pierre Eymard et Jean-Pierre Lafon, aux Éditions Hermann (1999). Public : niveau universitaire.(Publimath)
Une page expliquant une méthode pour calculer Pi de manière empirique. (École Paul Bert, La Ciotat)
Des valeurs approchées de Pi constructibles à la règle et au compas.Voir aussi la page représentations des nombres. (académie de Dijon)
Une dizaine de fiches d'exercices au format Word dont plusieurs concernent le nombre Pi. (Lycée Adam de Craponne, Salon de Provence)
Présentation d'un atelier comportant huit activités pour découvrir le nombre Pi. (Collège Durocher-Saint-Lambert, Québec)
Une étude statistique de Pi à partir de valeurs décimales trouvées sur Internet, réalisée par une classe de seconde. (académie de Clermont-Ferrand)
Un travail de recherche documentaire sur Pi qui a été entrepris par des élèves de Première littéraire. (Lycée Jules Uhry, Creil)
Un exercice en quatre parties s'adressant à des élèves de classe de troisième. Disponible en plusieurs formats. (académie de la Réunion)
Un travail dirigé en quatre parties s'adressant à des classes de troisième. Avec une animation et le document élève à télécharger. (académie de Dijon)
Une démonstration du phénomène est accompagnée d'un fichier téléchargeable simulant l'expérience, pour le tableur Excel. (Olivier Rochoir, Maths et calculs)
Cette page contient une applette qui permet de tester en ligne cette méthode. (Lycée de Porrentruy, Suisse)
Disponible au format Pdf, voici un dossier complet sur la méthode découverte par Buffon pour calculer Pi. (auteur : Jean-Paul Quelen)
Pour le niveau cinquième, trouver une approximation de Pi par la distribution aléatoire de lentilles dans un carré contenant un disque inscrit. (Mathématiques au collège)
Cette page contient une applette qui permet de tester en ligne l'efficacité de cette méthode statistique. (Frédéric Cérou)
Une animation qui fait apparaître une pluie de 2 000 points sur un carré dans lequel est inscrit un cercle. Niveau première. (I.R.E.M. Montpellier)
Un programme à télécharger proposant la visualisation de la méthode de Monte-Carlo permettant d'approcher Pi. (académie de Toulouse)
Trouver expérimentalement une approximation de Pi en utilisant un quart de cercle inscrit dans un carré. (C.R.A.M.S., Québec)
Cette page web présente deux programmes complémentaires permettant de calculer Pi en ligne par la même méthode que précédemment. (I.U.T. Orsay)
Trouver expérimentalement une approximation de Pi en utilisant un demi-cercle inscrit dans un carré. (Chronomath)
Explication détaillée de la construction d'un programme de calcul de Pi pour les ordinateurs équipés de processeurs de type ARM, à partir de la formule Pi/4 = Arctan 1/2 + Arctan 1/3. (Vincent Lefevre)
Un travail dirigé ayant pour but la réalisation d'un programme en langage C pour déterminer une estimation de Pi. (Centre universitaire de Polynésie française)
Un programme écrit en langage C basé sur une formule d'Euler, avec toutes les explications nécessaires. (Hugues Freyssinet)
Le calcul de Pi par deux méthodes : celle de l'arctangente, et l'itération de J. et P. Borwein. Programmes en C++ (sources et éxécutables), comparaison des algorithmes.
Vous trouverez sur ce site deux programmes en langage C, avec explications techniques et commentaires, calculant les décimales de Pi à partir d'une formule de Machin : Pi = 16 Arctan 1/5 - 4 Arctan 1/239. (auteur : André Brouty)
Programme en langage Pascal à partir d'une formule de Machin : Pi = 16 Arctan 1/5 - 4 Arctan 1/239.
Des formules permettant le calcul de Pi avec plus ou moins de vitesse (dont la méthode de Monte-Carlo) sont utilisés dans des programmes écrits en langage Pascal. (Algor)
A lire et à télécharger, des programmes réalisés en langage C et en langage Basic, notamment un jeu de fléchette, utilisant la méthode de Monte-Carlo.
En Javascript et en Basic, un programme utilisant la formule de Leibniz pour calculer 100 décimales de Pi et plus. (Chronomath)
Le programme calculant 2400 décimales de Pi écrit en QuickBasic, et le programme PiFast32 calculant au minimum 10 000 décimales. (Trucmaths)
Un programme calculant 100 décimales de Pi sur une calculatrice Casio, et un programme écrit en langage Pascal permettant de calculer 1 000 décimales. (université d'Angers)
Ce lien renvoie à un programme pour calculatrice Casio trouvé sur le site http://www.multimania.com/tscasio/dossiercasio/2-programmes/maths/.
Programme calculant Pi à partir de la méthode de Monte-Carlo, spécialement conçu pour les calculatrices de la marque Texas Instruments. (Julien Cauvet)
^ Profitez de cette page pour faire connaissance avec d'autres nombres particuliers comme Pi, et prolonger votre surf dans des sites racontant l'histoire des nombres.
Sites sur le nombre Pi
Ressources pédagogiques
PI EN GÉNÉRAL
EXPÉRIENCES A RÉALISER
Les liens suivants concernent tous la méthode du jet d'aiguilles de Buffon.
Les liens suivants concernent tous la méthode de Monte-Carlo (voir aussi la partie Programmation pour des programmes en C, Pascal, Basic).
PROGRAMMATION
Sites sur les nombres
DES NOMBRES PARTICULIERS
HISTOIRE DES NOMBRES