Analyse – Science étonnante

Mathématiques 20 janvier 2014

Le scandale des séries divergentes ! (ou le retour de 1+2+3+4+5+… = -1/12)

Il y a quelques mois, j’ai écrit ce billet au sujet de la somme 1+2+3+4+5+… Toutes proportions gardées, ce billet est à ce jour le plus controversé de ce blog, et il m’a valu une flopée de commentaires parfois moqueurs ou condescendants.

Il faut dire que j’y expliquais que même si cette somme est a priori infinie, il est malgré tout possible de lui affecter une valeur finie : -1/12. Pire, on peut calculer cette valeur à partir de quelques manipulations heuristiques en apparence totalement interdites.

Absurde ! Ridicule ! Et pourtant les maths qui se cachent derrière ce résultat provocateur sont tout à fait réelles : bienvenue dans le monde des séries divergentes. Comme je n’en avais pas beaucoup raconté dans le premier billet sur les concepts mathématiques concernés, cela faisait quelques temps que je songeais à faire une suite un peu plus consistante à ce billet infamant.

1+2+3+4+5+6+7+… = -1/12 !

Les mathématiciens sont parfois un peu fêlés. En tout cas ils aiment bien essayer de repousser les limites de notre compréhension, quitte à défier le sens commun. Prenez par exemple la somme suivante : 1+2+3+4+5+6+7… et ainsi de suite. Combien vaut cette somme ?

Je pense que n’importe quel écolier censé répondrait « l’infini ». Eh bien oui, mais non. Les mathématiciens ont réussi à prouver que cette immense somme vaut en fait … -1/12 ! Nous allons nous aussi le démontrer, et rassurez vous, dans ce billet on ne va utiliser que l’addition !

Les intégrales de Borwein

Les intégrales de Borwein sont une petite curiosité mathématique, mais qui sous des dehors inoffensifs peuvent nous faire réfléchir l’idée de démarche scientifique.

Voici le problème : on s’intéresse aux intégrales de la forme suivante, définies pour chaque nombre entier positif n:

A priori rien de très barbare dans cette formule, rien de passionnant non plus. Là où ça devient intriguant, c’est quand on commence à calculer explicitement la valeur de l’intégrale pour différentes valeurs de n.