Nombre parfait

nombre entier naturel égal à la somme de ses diviseurs stricts From Wikipedia, the free encyclopedia

En arithmétique, un nombre parfait est un entier naturel égal à la somme de ses diviseurs sauf lui-même (ses diviseurs stricts). Plus formellement, un nombre parfait est un entier tel que σ(n) est la somme des diviseurs positifs de . Ainsi, 6 est un nombre parfait car ses diviseurs positifs sont 1, 2, 3 et 6 et on a bien 6 = 1 + 2 + 3, tandis que 12 n'est pas un nombre parfait car ses diviseurs sont 1, 2, 3, 4, 6 et 12 mais 1 + 2 + 3 + 4 + 6 = 16.

Illustration du caractère parfait du nombre 6
Illustration du caractère parfait du nombre 6 à l'aide de réglettes Cuisenaire : 6 est divisible par 1 (réglettes blanches), par 2 (réglettes rouges) et par 3 (réglettes vertes) et la somme de ces trois réglettes redonne bien 6.

Début 2026, seuls 52 nombres parfaits sont connus, et ils sont tous pairs. On ne sait pas s'il existe des nombres parfaits impairs, ni s'il existe une infinité de nombres parfaits pairs.

Nombres parfaits pairs

Théorème d'Euclide-Euler

Dans le Livre IX de ses Éléments, Euclide, au IIIe siècle av. J.-C., a démontré que si est premier, alors est parfait.

Par ailleurs, Leonhard Euler, au XVIIIe siècle, a démontré que tout nombre parfait pair est de la forme proposée par Euclide[1]. La recherche de nombres parfaits pairs est donc liée à celle des nombres de Mersenne premiers (nombres premiers de la forme , l'entier étant alors nécessairement premier). La « perfection » d'un tel nombre s'écrit :

Nombres parfaits connus

La question de l'existence d'une infinité de nombres parfait est un problème ouvert depuis l'Antiquité[2].

Les quatre premiers nombres parfaits sont connus depuis l'Antiquité :

  • 6 = 21(22 − 1) = (1 + 2) + 3 ;
  • 28 = 22(23 − 1) = (1 + 2 + 4) + (7 + 14) ;
  • 496 = 24(25 − 1) = (1 + 2 + 4 + 8 + 16) + (31 + 62 + 124 + 248) ;
  • 8 128 = 26(27 − 1) = (1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64) + (127 + 254 + 508 + 1 016 + 2 032 + 4 064).

Depuis, le total est passé à 52 nombres parfaits (puisqu'on ne connaît que 52 nombres de Mersenne premiers[3], le dernier découvert en octobre 2024[4]) sans même que l'on sache, à partir du 49e, s'il n'y a pas des « trous » (des nombres parfaits intermédiaires non encore découverts)[5],[6].

Les sept premiers nombres parfaits pairs sont donnés dans le tableau suivant (correspondant à la suite A000396 de l'OEIS)[a] :

Davantage d’informations p, Mp ...
p Nombre de Mersenne premier Mp Nombre parfait 2p − 1Mp
236
3728
531496
71278 128
138 19133 550 336
17131 0718 589 869 056
19524 287137 438 691 328
Fermer

Propriétés

  • Un nombre parfait pair étant de la forme , c'est un nombre hexagonal (donc aussi un nombre triangulaire) et, en tant que tel, la somme des entiers naturels jusqu'à un certain rang (impair), en l'occurrence .
  • Un nombre parfait pair, excepté le premier, est la somme des premiers cubes impairs.
Exemples : 28 = 13 + 33 ; 496 = 13 + 33 + 53 + 73 ; 8128 = 13 + 33 + 53 + 73 + 93 + 113 + 133 + 153.
  • Le seul nombre parfait pair qui est égal à la somme de deux cubes est le nombre [7]. En conséquence, est aussi le seul nombre parfait pair de la forme .
  • En base 10, un nombre parfait pair se termine par (si ou si est de la forme ) ou par (si est de la forme )[8].
Cette propriété peut être précisée et étendue comme suit :
  • écrit en base dix, tout nombre parfait pair où est de la forme se termine par [9].
  • écrit en base dix, tout nombre parfait pair où est de la forme se termine par ou , le seul ayant cette dernière terminaison étant [10].
  • En base 9, un nombre parfait pair différent de se termine toujours par [11],[12].

Nombre parfait impair

Dès l'Antiquité, des mathématiciens s'interrogent sur l'existence de nombres parfaits impairs. L'impossibilité de démontrer cette existence, même seulement en exhibant un seul exemple de tel nombre, amène Jacques Lefèvre en 1496 à affirmer, sans en donner de preuve, que tout nombre parfait est de la forme décrite par Euclide[14], donc qu'aucun nombre parfait impair n'existe.

Dans la seconde moitié du 18e siècle, Euler démontre qu'un nombre parfait impair, s'il devait en exister un, serait de la forme[15] :

est un nombre impair, un nombre premier impair qui ne divise pas et où la relation suivante est remplie : .

Aujourd'hui, les mathématiciens ignorent encore si des nombres parfaits impairs existent, même si tous les travaux réalisés sur la question conduisent à conjecturer qu'il n'en existe pas[2].

Les travaux menés sur ce sujet par de nombreux mathématiciens ont mis en évidence un nombre croissant de propriétés qu'un nombre parfait impair N, s'il devait exister, devrait avoir. Certaines d'entre elles sont indiquées ci-dessous[b] :

  • N a une décomposition en facteurs premiers de la forme
    où les entiers q, pi, α et ei vérifient les propriétés suivantes :
    • q, p1, … , pk sont des nombres premiers distincts (Euler) ;
    • q ≡ α ≡ 1 (modulo 4) (Euler) ;
    • le plus petit facteur premier de N est inférieur à[16]  ;
    • la relation e1e2 ≡ … ≡ ek ≡ 1 (modulo 3) n'est pas satisfaite[17] ;
    • qα > 1062 ou pj2ej > 1062 pour au moins un[18] j ;
    • N est inférieur à[19] 24k ;
    • Si ei ≤ 2 pour tout i :
      • le plus petit diviseur premier de N est au moins[20] 739,
      • α ≡ 1 (modulo 12) ou α ≡ 9 (modulo 12)[17] ;
  • N est de la forme 12m + 1 ou 324m + 81 ou 468m + 117[21] ;
  • N est supérieur à[18] 101 500 ;
  • Le plus grand diviseur premier de N est supérieur à[22] 108 ;
  • Le second plus grand diviseur premier de N est supérieur à[23] 104 et le troisième à[24] 100 ;
  • N se décompose en au moins 101 facteurs premiers[18] dont au moins 10 facteurs premiers distincts[25]. Si 3 n'est pas un diviseur de N, alors N comporte au moins 12 diviseurs premiers distincts[26].

John Voight a trouvé un nombre impair N = npn et p sont premiers entre eux, p premier et , alors qu'il faudrait pour que N soit parfait impair ( et ) [27],[28]. Il considère alors comme nombre parfait impair négatif.

En 2003, Carl Pomerance a présenté une méthode heuristique qui suggère qu'aucun nombre parfait impair n'existe[29].

Exemples de propriétés

Comme on l'a vu précédemment les nombres parfaits pairs ont une forme bien précise et les nombres parfaits impairs sont rares si tant est qu'ils existent. L'étude des nombres parfaits a conduit à la découverte d'une grande variété de leurs propriétés, dont certaines sont indiquées ci-dessous :

Une démonstration simple de cette propriété pour les nombres parfaits pairs est donnée ci-dessous :

Notions apparentées

Si la somme des diviseurs stricts est plus petite que le nombre, ce nombre est dit déficient. Dans le cas où la somme est plus grande, le nombre est dit abondant. Ces termes sont issus de la numérologie grecque. Un couple de nombres dont chacun est la somme des diviseurs stricts de l'autre est dit amical, les cycles plus étendus sont dits sociables. Un entier positif tel que chaque entier inférieur est la somme de diviseurs distincts du premier nombre est dit pratique.

Voir aussi

Notes et références

Liens externes

Related Articles

Wikiwand AI