On présente deux solutions; la première est basée sur la réponse
de Juan Mir Pieras (Espagne). Sa solution complète est donnée
sur notre page espagnole.
Ripley se trompe - il n'y a pas de nombres persistants du tout!
En fait, tout entier n divise un nombre dont tous les chiffres
sont des neufs et des z&eacyte;ros (de la forme 99...900...0). C'est une conséquence du
fait que la fraction f = 1/n se convertit en une décimale
périodique
Après la k-ième position commence la partie périodique de période p.
Pour retrouver la forme fractionnaire, on soustrait 10k f de 10k+p f
pour obtenir un nombre entier
d'où
Notons que 10k+p - 10k est
de la forme 99...9900...00 (p neufs suivis de k zéros);
avec f = 1/n, ça donne 1/n = m/(99...9900...00),
ou 99...9900...00 = mn. Ainsi, n n'est pas un nombre persistant.
Remarques sur N = 526315789473684210
En fait, il est facile de vérifier directement que N n'est
pas un nombre persistent; il suffit de le multiplier par 19:
19*526315789473684210 = 9999999999999999990.
Mir a observé que
1/19 = 0.052631578947368421052631578947368421...
les 18 chiffres de N constituent la partie périodique de 1/19:
N = (1020 - 101) / (20 - 1).
Si on multiplie N par un nombre qui n'est pas un multiple de 19,
le résultat contient effectivement tous les chiffres de zéro à neuf;
c'est peut-être ce que Ripley voulait dire. Ceci découle du fait
que pour tout premier p, lorsque 1/p est de période p-1
(la plus grande période possible), alors pour tout n
la partie périodique de n/p est une permutation cyclique
de celle de 1/p. (Faites l'essai avec 1/71/7 = 0.1428571428571...,
dont la période est 7 - 1 = 6.) Les multiples de 1/19 sont
1/19 = 0. 052631578947368421052631578947368421...
2/19 = 0. 105263157894736842105263157894736842...
3/19 = 0. 157894736842105263157894736842105263...
4/19 = 0. 210526315789473684210526315789473684...
5/19 = 0. 263157894736842105263157894736842105...
6/19 = 0. 315789473684210526315789473684210526...
7/19 = 0. 368421052631578947368421052631578947...
8/19 = 0. 421052631578947368421052631578947368...
9/19 = 0. 473684210526315789473684210526315789...
10/19 = 0. 526315789473684210526315789473684210...
11/19 = 0. 578947368421052631578947368421052631...
12/19 = 0. 631578947368421052631578947368421052...
13/19 = 0. 684210526315789473684210526315789473...
14/19 = 0. 736842105263157894736842105263157894...
15/19 = 0. 789473684210526315789473684210526315...
16/19 = 0. 842105263157894736842105263157894736...
17/19 = 0. 894736842105263157894736842105263157...
18/19 = 0. 947368421052631578947368421052631578...
19/19 = 1. 000000000000000000000000000000000000
La relation entre le multiplicande de 1/19 et le déplacement
de la partie périodique est intéressante. Par exemple, le déplacement
est de une position pour 2/19, mais de 13 positions pour 3/19.
La page espagnole
contient plus de détails. Le lecteur intéressé peut aussi consulter
William Levitt, "Repeating Decimals." THE COLLEGE MATHEMATICS JOURNAL
15:4 (1984) pages 299-308.
Solution Alternative
Pour tout nombre n, considérons la suite de restes obtenus un
divisant successivement par n les nombres
1, 11, 111, ... , 111...1,
Puisqu'il y a seulement un nombre fini de restes possibles
(de 0 à n-1), il existe deux de ces nombres
R = 111...1 (r uns) et S = 111...1 (s uns), s > r,
qui donnent le même reste lorsque divisé par n. Donc n est un multiple de
S - R = 11...00...0 (s-r uns et r zéros)
et par conséquent n n'est pas persistant.
Notes:
Mir s'est aussi posé la question de l'existence de
nombre irrationnels persistants. Un nombre irrationnel x est
dit persistant si pour tout entier naturel n, l'expansion
décimale de nx contient tous les chiffres de zéro à neuf.
(Cette définition s'adapte également aux bases autre que dix.)
Une des conséquences de la théorie de la mesure est que "la pluspart"
des nombres irrationnels sont persistants dans toutes les bases.
Un tel nombre irrationnel persistant est construit par un processus
aléatoire: chacune de ses décimales est déterminée par le
lancer d'un dé a dix faces. Par contre, on ne sait toujours pas si des
nombres irrationnels bien connus comme e, pi ou sont persistants.