NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

Accueil / Dictionnaire / Rubriques / Index / Atlas /  Références /    Nouveautés

ORIENTATION GÉNÉRALE    -   M'écrire   -   Édition du: 19/09/2011

Débutants

Pente

CALCUL   Calculs avancés

Glossaire Opérations

 

ARC TANGENTE

 

Où il est question de pentes,
de Fibonacci et de Pi.

Abréviation: arctan ou arctan.

 

 

Sommaire de cette page

>>> APPROCHE

>>> TANGENTE & ARC TANGENTE

>>> FORMULE de GRÉGORY

>>> CAS de L'ANGLE DE 45°

>>> CALCUL de PI

>>> FORMULE de MACHIN

>>> FORMULE d'EULER

>>> ARCTAN & FIBONACCI

 

 

 

 

 

APPROCHE

 

Pente

*    On mesure la pente d'une route en donnant un pourcentage

Combien de mètres de montée pour 100 mètres de route

 

*    La pente ainsi définie est appelée tangente de l'angle

Voir Pourcentage

 

 

Tangente (angle) = 10/100 => angle = 5,7°

Pente de 10% => angle de 5,7°

 

 

*    Parfois, on donne la hauteur par rapport à la distance parcourue sur la route.

*    Ce n'est pas le cas en mathématiques

*    Voyons, à titre d'exemple, une même montée

Classique

Attention

Montée de 100 m

*    Sur une distance horizontale de 100 m

*    Sur une route de 100 m

=> Route à 45°

=> Route verticale

& Pente = 1 (100%)

& Pente infinie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TANGENTE & ARC TANGENTE

 

La fonction inverse

 

*    Les deux notations suivantes sont équivalentes

 

*    Tangente () = a / b = t

*    Arctan (t) =

*    Avec le ratio

*    On calcule l'angle

*    Avec l'angle

*    On calcule le ratio

*    Tangente (45°) = 1 / 1 = 1

*    Arctan (1) = 45°

 

 

 

 

 

 

 

 

FORMULE DE GRÉGORY

 

 

Formule de Gregory (1638-1675)

 

 

*    La série converge si t est inférieur ou égal à 1; alors chacun des termes devient de plus en plus petit

*    Justement dans le cas où   = 45°, alors  t = 1, et

45° = Arctan (1) = 1 - 1/3 +1/5 - 1/7 + 1/9 - …

 

 

 

Mesure des angles

*    On mesure classiquement les angles en degrés

1 tour complet = 360°

*    On peut aussi donner la longueur de l'arc

1 tour complet = 2  R

*    En général on simplifie en prenant le cercle de rayon unité

1 tour complet = 2

*    On a créé une nouvelle unité

1 tour complet = 2  radians

 

On déduit les égalités suivantes

Radians

Degrés

2

= 360

= 180

 / 2

= 90

 / 4

= 45

 

 

 

 

CAS DE L'ANGLE DE 45°

 

Magie de la formule de Grégory

 

*    Reprenons la formule ci-dessus

45° =  / 4 = Arctan (1) = 1 - 1/3 +1/5 - 1/7 + 1/9 - …

 

 / 4 = 1 - 1/3 + 1/5 - 1/7 + 1/9 - …

*    C'est Gottfried Leibnitz (1646-1716) qui a trouvé cette valeur à partir de la formule de Grégory

 

Un filon de formules

 

*    À condition que t soit inférieur à 1, on calculer toutes les formules que l'on veut

*    Voyons avec 30° =  / 6

Tangente (30°) = 1 / 3

Arctan (1 / 3) =  / 6

*    Et avec la formule:

 / 6 = 1/3 - 1/(3 x 33) + 1/(5 x 93) - …

*    Avec 1/Ö3 en facteur

 / 6 = (1/3) ( 1 - 1/(3 x 3) + 1/(5 x 9) - …

*    Soit la nouvelle formule pour

 = 23 ( 1 - 1/(3 x 3) + 1/(5 x 3²) - 1/(7 x 33) + 1/(9 x 34) …

 

 

 

 

 

CALCUL DE PI

 

Calcul de p avec ces formules

 

*    En fait, la formule initiale converge très lentement

*    Pour 6 décimales, il faut calculer 5 millions de termes

*    La seconde formule produit 6 décimales avec 10 termes calculés

*    Mais, inconvénient, il faut être capable de calculer la racine de 3

*    Par contre les premiers termes sont esthétiques!

 

 

 

Termes de la formule en

 

1

 

1

1/3

–

0,333333333333333333

1/5

+

0,2

1/7

–

0,142857142857142857

1/9

+

0,111111111111111111

1/11

–

0,090909090909090909

1/13

+

0,076923076923076923

Somme algébrique

 

36 979/45 045

=

0,820934620934620934

 

x 4 =>

3,28373848

Et…

3,14

 

 

Termes de la formule en

 

1

 

1

1/9

–

0,111111111111

1/45

+

0,022222222222

1/189

–

0,005291005291

1/729

+

0,001371742112

1/2673

–

0,000374111485

1/9477

+

0,000105518624

Somme algébrique

 

3 309 041/3 648 645

=

0,9069232550714032195

 

x 23   =>

3,1416743126988376716

Et…

3,1415926535897932385

 

 

 

 

 

 

FORMULE DE MACHIN

 

 

Combinaisons

Formule de Machin (1680-1752)

 

 / 4 = 4 arctan (1/5)  - arctan (1/239)

 

Calcul

1/5

 

0,200000000000000

1/375

–

0,002666666666666

1/15625

+

0,000064000000000

1/546875

–

0,000001828571428

1/17578125

+

0,000000056888889

1/537109375

–

0,000000001861818

1/15869140625

+

0,000000000063015

1/457763671875

–

0,000000000002184

1/12969970703125

+

0,000000000000077

1/362396240234375

–

0,000000000000002

Total = arctan (1/5)

=

0,197395559849880

 

1/239

+

0,004184100418410

1/40955757

–

0,000000024416591

Total = arctan (1/239)

=

0,004184076002074

 

A = arctan (1/5)

=

0,197395559849880

B = arctan (1/239)

=

0,004184076002074

= 16A – 4B

=

3,141592653589792

Et… 

=

3,1415926535897932385

 

 

 

 

 

FORMULE D'EULER

 

 

Formule d'Euler (1707-1783)

 

 / 4 = arctan (1/2)  + arctan (1/3)

arctan(1/1) = arctan (1/2)  + arctan (1/3)

 

Interprétation géométrique (les lettres représentent des angles)

 

Calcul

Somme des angles = 180° dans un triangle rectangle

a + d = 180

c + e + d = 180

f est bien un angle droit

tg (b) = 1/2

tg (e) = 1/2

b = e

En remplaçant dans la formule du haut

c + b + d = 180

c + b + (180 - a) = 180

a = c + b

 

Conclusion

tan ( a )

= 1 / 1

tan ( b )

= 1 / 2

tan ( c )

= 1 / 3

a = c + b  =>

arctan(1/1)

= artg(1/2) + arctan(1/3)

 

Autre illustration astucieuse

 

 

 

 

 

 

PI calculé par arctan – Remarques

 

*       Pour calculer  avec beaucoup de décimales une bonne méthode consiste à utiliser l'arc tangente. Notez que: interroger un ordinateur en utilisant ses propres fonctions arctan n'est pas la solution pour obtenir des milliers de décimales, sauf si le calcul utilise explicitement les techniques qui sont développées ci-dessous.

*       Le développement en série de arctg est :

  

Pour x < 1, cette série converge; et

Pour x = 1 elle converge aussi mais très lentement vers arctg 1 =  /4.

  

*       Dans la mesure où chaque terme suivant de la série est réduit par x², il est intéressant de prendre x très petit. On prendra pour x, l'opposé d'un nombre entier pour faciliter les calculs.

 

Voir Liste de formule en arctan pour calculer Pi

 

 

ARCTAN & FIBONACCI

 

Généralisation

Introduction des Fibonacci

 

 =

arctan(1)

=

arctan(1/2) + arctan(1/3)

=

arctan(1/2) + arctan(1/5) + arctan(1/8)

=

arctan(1/2) + arctan(1/5) + arctan(1/13) + arctan(1/21)

=

arctan(1/2) + arctan(1/5) + arctan(1/13) + arctan(1/34) + arctan(1/55)

 

Etc.

*    On note que chaque dénominateur et la somme de deux dénominateurs précédents (selon deux motifs de calcul)

5 = 3 + 2

21 = 8 + 13

13 = 8 + 5

 

 

 

 

 

 

Suite en 

*    Pente - Débutant

*    Calcul de Pi avec les Arctan

Voir

*    Multiplications védiques

*    Calcul des carrés

*    Calcul mental

*    Théorie des nombres

*    Calcul de Pi avec les Arctan

*    Fibonacci

Sites

*    Fibonacci Numbers and the Golden Section