A la découverte des nombres de Bernoulli

1. Collège Saint-Michel Professeur responsable : M. Bolly A la découverte des nombres de Bernoulli Par Cardoso Filipe, Hublet Magali, Petit Elise & Soares Francisco Dédra-math-isons, 22 avril 09

2. Question de départ On peut montrer que :

3. Peut-on écrire Sous forme d’un polynôme En clair, comment arriver à ces coefficients

4. Somme des n premiers entiers Posons l’égalité Si on remplace successivement X par 1, 2,…, n

5. … + __________________________________

6. Somme des n premiers carrés Par la même méthode, on arrive à :

7. Somme des n premiers cubes Pour On obtient :

8. Triangle de Pascal

9. Binome de newton On veut généraliser le produit suivant : Pour ce faire, observons les résultats quand n vaut 1,2,3,…

10. Coefficients des termes = suite des nombres du triangle de Pascal

11. 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1

12. Suite de termes de type (n et p entiers naturels) : ET = terme ligne n colonne p

13. On arrive donc à :

14. Grâce à la méthode vue précédemment, on obtient :

15. En changeant légèrement le tableau, on a :

16. Première observation: (pour k ≥ 1 car un terme en k = 1) Donc, coefficient = Coefficient = ?

17. Liste des coefficients pour : En multipliant par 6, on obtient: 3 ; 6 ; 10 ; 15 ; 21 ; 28 ; 36

18. On les retrouve dans le triangle de Pascal : k+1/ p 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10105 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 1 9 36 84 12612684 36 9 1

19. On peut écrire les coefficients sous la forme : On obtient donc, pour k 2 :

20. Le coefficient pour est nul pour tous les polynômes de la liste. Liste des coefficients de pour : En multipliant par 30, on obtient :

21. On obtient : Il existerait donc une suite de nombres particuliers :

22. Les sont appelés « Nombres de Faulhaber » On peut déjà généraliser : Comment calculer ?

23. En posant n = 1 dans la formule de Faulhaber, on a : On obtient alors : Grâce à cette relation fondamentale, on dispose d’une série d’équations que l’on peut résoudre successivement.

25. Introduisons la série génératrice exponentielle des nombres de Faulhaber D’autre part,

26. La relation suivante peut donc être vérifiée : Euler introduit une autre série génératrice :

27. Coefficients = Nombres de Bernoulli Etablissons une relation entre les nombres de Bernoulli et ceux de Faulhaber. En comparant les coefficients de B(-x) et de F(x) :

28. Les premiers nombres de Bernoulli sont donc les suivants :

29. On peut donc généraliser la somme des n premières puissances d’entiers à l’aide des nombres de Bernoulli. ( Rappelons que ) Nous sommes à présent capables de répondre à notre question défi initiale…

31. Donc :

32. On peut donc écrire ce polynôme de la manière suivante : Et nous sommes tous très contents !