Écriture décimale positionnelle
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 Cet article fait partie de la série Systèmes de numération |
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| Numérations | |
| Additives | Positionnelles |
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L'écriture décimale positionnelle d'un nombre est sa représentation dans un système de numération de base 10 employant une notation positionnelle. On appelle aussi une notation répondant à cette définition « système de numération indo-arabe », car ce système s'est développé en Inde et nous est parvenu grâce aux Arabes. Les symboles (ou glyphes) utilisés peuvent être divers. Cependant, la plupart sont des chiffres d'origine brahmi, dont les plus fréquents sont les chiffres européens. Avec dix chiffres de 0 à 9, cette écriture correspond au développement décimal.
Sommaire |
[modifier] Notations
Dans ses formes élaborées, l'écriture décimale positionnelle utilise :
- un marqueur décimal entre les unités et la partie fractionnaire du nombre (exemple : 12,5),
- un autre séparateur de position entre des groupes de chiffres de la partie entière du nombre (exemple : 1 000 000),
- un symbole pour indiquer que des chiffres se répètent à l'infini (exemple : 1,309 pour 1,3090909...).
Ce système de numération permet donc de représenter les nombres rationnels à l'aide de 13 symboles (10 chiffres, un trait horizontal pour les chiffres se répétant sans fin ou une barre de fraction, un marqueur décimal et un signe moins pour les nombres négatifs).
[modifier] Symboles
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[modifier] Historique
[modifier] En Chine
Voir l’article Numération à bâtons.En Chine, les plus anciennes traces du système de numération remontent à la propagation de l'écriture, vers 1350 av. J.-C. Il s'agit d'un système décimal de type hybride, disposant de neuf chiffres pour les unités, se combinant avec les symboles représentant dix, cent, mille et dix-mille. Entre le VIIIe et le IVe siècle av. J.-C., apparait un autre système de représentation positionnel des nombres, à l'aide de baguettes, la disposition des baguettes étant inclinée d'un quart de tour pour les positions impaires, et le zéro étant figuré par un espace. À partir du début du IIe siècle av. J.-C., les baguettes deviennent un instrument de calcul. Ce système de notation se généralise ainsi, jusqu'à ce que les baguettes à calculer soient remplacées par le boulier, entre le XIIIe et le XIVe siècle.
[modifier] En Inde
Voir l’article Numération indienne.En Inde, l'écriture brahmi apparait au IIIe siècle av. J.-C., mais, à cette époque, les chiffres sont utilisés au sein d'un système employant une notation additive. En 458, dans un traité de cosmologie jaïna, en sanskrit, le Lokavibhaga (Les Parties de l'univers), les nombres sont écrits selon le principe positionnel, bien que les chiffres soient écris en toutes lettres, le mot « sunya » (vide) indiquant une absence de valeur. Le plus ancien document connu où apparaisse l'utilisation positionnelle des chiffres indiens (de 1 à 9) daterait de 595. Cet usage se retrouve en plusieurs endroits du sous-continent au VIIe siècle, et se généralise à partir du IXe siècle. Enfin, en 628, Brahmagupta décrit le « sunya » comme un nombre dans son ouvrage en sanscrit Brahmasphutasiddhanta (L'Ouverture du monde).
[modifier] Le symbole zéro
Les premiers symboles correspondant au zéro positionnel, en forme de rond ou de point, remplaçant l'espace qui précédait, ont été trouvés dans l'actuel Cambodge en 683 et à Sumatra la même année et en 684. Ces régions sont, à l'époque, sous influence chinoise, et la première bénéficie alors de nombreux échanges avec l'Inde. En Inde, la première inscription comportant clairement ce zéro date de 876. En Chine, le plus ancien texte imprimé faisant intervenir le zéro positionnel avec le système de notation des baguettes est le Su Chu Jin Chang, de 1247, mais une allusion à l'usage d'un point apparait dans le Kai Yuan Chan Jing, paru entre 718 et 729.
[modifier] Adoption par les Arabes
Afin de favoriser l'essor des sciences, les Arabes développent un mécénat scientifique à partir de la deuxième moitié du VIIIe siècle, ils construisent des bibliothèques, traduisent des textes anciens. Une numération alphabétique, additive, est alors d'usage, comme chez la plupart des peuples dont l'alphabet dérive du phénicien. Entre 770 et 780, une délégation indienne arrive à Bagdad. Un astronome indien est ainsi reçu à la cour du Calife Al-Mansour, et ce dernier réalise alors l'importance des sciences indiennes. Par la suite, de nombreux traités en sancrit, comme ceux d'Aryabhata et Brahmagupta en astronomie, puis en pelhvi sont traduits en persan et en arabe, et complétés par les sciences grecque et arabe. Au début du IXe siècle, Al-Khwarizmi popularise les notations indiennes dans un ouvrage disparu, nommé aujourd'hui Kit ab al-jam'wal tafriq bi hisab al-Hind (Livre sur l'addition et la soustraction d'après le calcul de l'Inde), mais s'il fait usage du zéro positionnel, il ne considère pas le zéro comme un nombre. Dans son ouvrage Kit ab al-fusul fi-l-hisab al-Hindi (Livre sur les chapitres de l'arithmétique indienne), écrit au milieu du Xe siècle à Damas, Abu l-Hasan al-Uqlidisi vante les mérites du nouveau système de numération.
[modifier] Adoption en Europe
Ce système, en Europe, s'est pendant longtemps confiné à la partie arabe de l'actuelle Espagne, la numération romaine étant en usage au-delà. Sa première apparition dans le monde chrétien, sans le zéro, se trouve dans un manuscrit, le Codex Vigilanus écrit en 976 dans un monastère du nord de l'Espagne, le couvent d'Albelda. Entre 967 et 969, Gerbert d'Aurillac découvre la science arabe dans les abbayes catalanes. Plus tard, grâce à ses correspondants, il obtient l'ouvrage De multiplicatione et divisione (Sur la multiplication et la division). Il propose alors, aux alentours de l'an mil, une simplification de l'abaque en adoptant des jetons comportant les chiffres arabes de un à neuf. Devenu pape en 999, il essaie d'introduire son outil de calcul, l'abaque de Gerbert, au sein de la chrétienté, mais son entreprise est mise à mal par l'opposition des clercs.
Vers la fin du XIe siècle, avec les territoires pris aux Arabes, les Chrétiens découvrent des manuscrits scientifiques. Ainsi Tolède, prise en 1085, devient, sous l'impulsion de l'évèque Raimond, le principal centre de traduction d'œuvres arabes en latin, et le Liber Algorismi de numero Indorum (Livre d'Al-Khwarizmi sur les chiffres indiens) y est traduit. En 1130, l'Anglais Adélard de Bath publie Algoritmi de numero indorum et une traduction d'Al-Khwarizmi. Le nouveau système ne tarde pas à être appelé « algorisme » (du nom latinisé d'Al-Khwarizmi, Algorizmi, et modifié plus tard en algorithme), ses partisans « algoristes », et ses opposants « abacistes » (partisans de l'abaque).
À partir de la fin du XIIe siècle, le commerce prend une dimension internationale, et l'Italie y occupe une place centrale. En 1202, Léonard de Pise, dit Fibonacci, ayant appris l'arabe et le calcul à Bougie (Béjaïa), en Algérie, publie le Liber Abaci (Livre de l'abaque), un traité de calcul et comptabilité (les professeurs de calcul sont alors appelés « maitres d'abaque ») largement diffusé, dans lequel il expose les chiffres arabes. Au cours du XIIIe siècle, les chiffres arabes commencent à s'enseigner dans les écoles de comptabilité en Italie. Cependant, avec la guerre de Cent Ans et l'épidémie de peste noire, qui se répand en Europe à partir de 1438, le commerce s'effondre. Par la suite, l'économie reprend de plus belle, les banques et les assurances accompagnant l'activité commerciale. Les traités d'arithmétique à l'usage des marchands, s'inspirant du Liber abaci de Fibonacci, se multiplient en Italie, à partir du milieu du XIVe siècle. Vers 1480, avec l'imprimerie, développée par Gutenberg en 1434, des ouvrages de ce type sont publiés dans plusieurs villes d'Europe. Les derniers vétos ecclésiastiques concernant l'utilisation du nouveau système sont levés au XVe siècle, mais, jusqu'à la fin du siècle, le principe de la numération décimale de position nécessite d'être expliqué. Aux XVe et XVIe siècles, diverses notations, notamment pour les pour les nombres décimaux, complètent le système. Celui-ci s'impose définitivement en France à la fin du XVIIIe siècle avec la Révolution. Enfin, en 1889, avec la définition axiomatique des entiers naturels, parue dans l'Arithmetices principia nova methodo exposita, de Giuseppe Peano, le zéro acquiert définitivement le statut de nombre.
[modifier] Dans le monde
Sous l'influence de l'Europe, de nombreux pays adoptent le système de notation décimal positionnel, avec les chiffres européens. Les quelques écritures du sud de l'Inde qui n'en bénéficient pas l'adaptent à leurs chiffres au cours du XXe siècle, en prenant pour modèle les cultures dominantes du Nord de l’Inde ou d'autres pays.
[modifier] Le système positionnel indien a-t-il une origine chinoise ?
Avec la diffusion du bouddhisme, des liens se tissent entre l'Inde et la Chine. Ainsi, depuis le royaume Koushan, aux confins de l'Himalaya, de nombreuses traductions entre chinois et sanskrit sont entreprises à partir de 260, et s'intensifient de 344 à 413. Au vu des importants échanges entre la Chine et l'Inde précédant la parution du Lokavibhaga, il est possible que le principe positionnel indien soit, en fait, d'origine chinoise. Le terme « sunya » rappelle d'ailleurs le vide laissé par les Chinois avec les baguettes à calculer, même s'il s'assimile alors à un zéro positionnel du fait que le vide n'en est plus vraiment un puisqu'il est écrit.
Cependant, il est également possible que les Jaïns connaissent la numération de position avant cette publication. En effet, en Inde, il existe depuis longtemps des termes pour toutes les puissances de dix, jusqu'à 1012, aucune d'elles n'étant privilégiée ; et, les Jaïns maniant fréquemment les grands nombres, il pouvait être pratique pour eux de les omettre. Par ailleurs, le terme de « place » pour indiquer l'ordre de grandeur d'un nombre est utilisé dans l'Anuyogadvara-sutra, texte jaïn écrit au Ve siècle, mais probablement composé au Ier siècle av. J.-C.
Toutefois, certains arguments de part et d'autre demeurent discutables. En effet, d'une part, il est assez naturel de désigner par « vide » une absence de multiplicateur ; d'autre part, l'Anuyogadvara-sutra n'est pas daté de manière sûre, et le nombre de « places » semble référer davantage au nombre de puissances de dix qu'au nombre de chiffres. Quoi qu'il en soit, l'apport de l'Inde n'est pas négligeable : les Indiens sont les premiers à utiliser un système de notation positionnel employant des chiffres dont le tracé est indépendant de la valeur représentée. Enfin, si l'Inde a joué un grand rôle dans le développement du principe de position, il semble que le sanskrit soit une langue qui s'y prêtait plutôt bien.
[modifier] Ressources bibliographiques
[pdf] Nombres, outils de calcul et expressions mathématiques en Chine ancienne
[pdf] La diffusion de la numération décimale de position
[pdf] L'apport de l'Inde aux mathématiques arabes
[pdf] Histoire des mathématiques
[pdf] Histoire de la numération et de l'arithmétique indiennes des origines au douzième siècle
