Le nombre Pi : Historique du record de décimales

Le record en cours

62 800 milliards de décimales : aout 2021

En août 2021, des chercheurs de l'université des Sciences appliquées des Grisons, en Suisse explosent les précédents records de recherche des décimales de \(\pi\) avec un nombre astronomique de 62 800 milliards de décimales !

Cela en faisant tourner de puissant ordinateur pendant 108 jours et 9 heures de calcul.

Le derniers chiffres connus sont : 7817924264.

 $$\large \pi \approx 3,14 \cdots 7817924264$$

La HES des Grisons bat ainsi le record établit en janvier 2020 par l'Américain Timothy Mullican avec 50'000 milliards de décimales après la virgule: il lui a fallu 303 jours pour parvenir à ce résultat.

Le précent record appartenait à l'informaticienne et mathématicienne japonaise Emma Haruka Iwao, travaillant pour Google, qui avait calculé Pi avec 31'415 milliards de décimales en 2018. L'ordinateur utilisé par la HES a réalisé son calcul presque deux fois plus vite que Google et 3,5 fois plus rapidement que Timothy Mullican.

• 10 000 milliards de décimales : Le 16 Octobre 2011. 
  Les Japonais Alexander J. Yee et Shigeru Kondo explosent leur précédent record.
  Ils calculent exactement 10 000 000 000 050 décimales du nombre pi, après 371 jours de travail.
  
  La machine employée est composée d'un duo de processeurs Xeon X5680 à 3,33 GHz associé à 96 Go de mémoire DDR3, ainsi 24 disques de 2TB.
  
  Le programme utilisé se nomme y-cruncher. Il a été conçu par Alexander J. Yee . 
  
  Après 371 jours de calcul, les 10 000 milliards de décimales, soit plusieurs téraoctets de données, ont du être vérifiées au moyen d'un second algorithme exécuté par une série de machines plus conventionnelles pendant quelque 45 heures.

Source : Numberworld 

La course aux décimales de Pi

Les babyloniens vers - 2 000, les égyptiens puis surtout les grecs furent les premiers à proposer des approximations du nombre Pi.
Le célèbre Archimède vers 250 av. J.C. parvient à obtenir deux décimales exactes du rapport magique, puis Ptolémée 3 décimales vers 150, on arrive à 6 décimales avec le mathématicien chinois Zu Chongzhi (429 - 500), 11 avec l'indien MADHAVA de Sangamagrama (1350 - 1425), 14 avec le perse Al-Kachi ou Al-Kashi (vers 1380-1429) et la barre symbolique des cent décimales est atteinte par le mathématicien anglais John MACHIN (1686-1751) à l'aide d'une formule qui porte son nom.

Les méthodes utilisées sont alors assez proche de celle d'Archimède qui utilisait des polygones réguliers inscrits dans un cercle de diamètre 1.

Avec le XVIIIème siècle et le calcul différentiel de Newton et Leibniz, le calcul de π se dégage de la géométrie et utilise des formules analytiques complexes. Par exemple : le quart du nombre π est égal à la somme infinie : 

$${\pi \over 4}=1-{1\over 3}+{1\over 5}-{1\over 7}+{1\over 9}-{1\over 11}+{1\over 13}-\cdots$$

Un grand progrès de cette époque, en Europe, est de considérer de telles sommes d'une infinité de termes et de leur donner un sens. Cela permit au mathématicien suisse (de la république de Mulhouse à l'époque) Johann Heinrich Lambert (1728-1777) de démontrer en 1761 que π n'est pas un nombre rationnel, c'est-à-dire que ce n'est pas le quotient de deux nombres entiers et donc que la suite de ses décimales ne présente pas de périodicité, qu'elle est infinie.

La chasse aux décimales de π est alors vraiment lancée !

Jusqu'à la Seconde Guerre Mondiale, les calculs sont exécutés à la main : le mathématicien anglais W. SHANKS (1812-1882) passa 20 ans de sa vie à calculer, pour publier enfin en 1874, les 707 premières décimales de π. Le mathématicien anglais D. F. Ferguson bat ensuite le record de Shanks en 1946 avec 710 premières décimales de π. Il montre de plus que les décimales données par Shanks étaient fausses à partir de la 528ième !

À partir de 1946 les calculs sont faits à la machine, machines mécaniques de bureau (1 120 décimales en 1948), puis ordinateurs (2 037 décimales en 1949). Les progrès deviennent alors plus rapides : en 1973 Jean Guilloud et Martine Bouyer publient un million de décimales de π sous la forme d'un livre de 450 pages. En 1989 le milliard de décimales est atteint par les frères David et Gregory Chudnovsky qui se livrent à une course effrénée avec Yasumada Kanada qui finit par les battre avec 1 200 milliards de décimales en 2002. Record qui lui aussi sera battu ... par des japonais dès 2009.

Le dernier record en date est de plus de 60 000 milliards de décimales !!

A quoi ça sert ?

Evidemment, pour la plupart des calculs actuels, une précision de \(\pi\) avec 18 décimales suffit largement.

L’intérêt majeur de cette course est de développer des algorithmes de calcul toujours plus ingénieux afin de tester la fiabilité et la rapidité des ordinateurs par exemple. David Bailey, qui participa à la chasse aux décimales, détecta ainsi en 1988 un bogue dans le superordinateur Cray-2. Dans leur annonce de record, les Japonais Alexander J. Yee et Shigeru insistent sur les performances du nouveau superordinateur parallèle de leur université.

On recherche aussi en mathématiques pures à savoir si \(\pi\) possède d'autres propriétés particulières.

Les conjectures sur \(\pi\)

Les mathématiciens se demandent encore si :

• si π est un nombre normal, c'est-à-dire que ses chiffres en écriture décimale sont équirépartis. La plupart pensent que ces décimales sont réparties « au hasard » ;
• si π est un nombre univers, ce qui signifie qu'on pourrait trouver dans son développement décimal n'importe quelle suite finie de chiffres.

Ces questions demeurent sans réponse à ce jour même si les recherches actuelles tendent à leur validation !

Au 21^ème siècle.

Au 20^èmesiècle.  

Sources : [Delah2]

Avant le 20^ème siècle. 

Sources :  [Delah2]

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