Une curiosité ... unique ? (séquences de chiffres différents et chaînes de Markov)

jelobreuil
Modifié (March 2022) dans Arithmétique
Bonsoir à tous,
Je viens de remarquer, par hasard, que le nombre "racine carrée de 13", en base 10, s'écrit 3,605551275463989293119... et comporte ainsi une série de neuf chiffres consécutifs tous différents.
Avez-vous connaissance d'autres phénomènes de ce genre ?
Bien cordialement, JLB

Réponses

  • J’ose croire que $\pi$ le fait aussi mais peut-être pas aussi « rapidement ». 
    Aussi, tous les nombres univers le font, par définition. 
  • jelobreuil
    Modifié (March 2022)
    Merci Dom, mais en dehors de ces nombres univers qui sont, si j'ose dire, définis "ad hoc" ?
    Et tu as probablement raison pour $\pi$ ... de même pour $e$, sans doute ?
    Alors, on peut se poser la question de savoir quel est ou quels sont, parmi tous les nombres d'un certain type, les racines carrées ou cubiques par exemple, ceux pour lesquels une telle séquence intervient le plus tôt dans leur développement décimal ...
    Je crois qu'à ce petit jeu-là, la racine carrée de treize tient la corde  ...
    Bien cordialement, JLB
    PS : Je dois dire que je doute beaucoup de l'intérêt que peut avoir cette question, mais ...
  • Ludwig
    Modifié (March 2022)
    Pour $\pi$ il y a un programme de recherche de séquences en ligne : la tienne jelobreuil y apparaît à partir de la 54 484 034ème décimale. On peut s'amuser à chercher son numéro de téléphone :smile:

  • Merci Ludwig, de confirmer ce que dit Dom !
    En fait, ma question vise, non pas la séquence particulière apparaissant ici, mais toute séquence de 9 chiffres consécutifs tous différents, quel que soit leur ordre, et je pense que dans $\pi$, il doit y en avoir au moins une bien avant ce que tu dis, non ? 
    Bien cordialement, JLB
  • Eh bien, il n'y a guère plus de 350.000 permutations de ces neuf chiffres à vérifier... Voici quelques essais au hasard.
    The string 695418372 occurs at position 209,322 counting from the first digit after the decimal point.
    The string 987324561 occurs at position 281,941 counting from the first digit after the decimal point.
    The string 129746358 occurs at position 182,684 counting from the first digit after the decimal point.
    The string 782916543 occurs at position 232,869 counting from the first digit after the decimal point.
    Le mieux pour l'instant :
    The string 457618932 occurs at position 8,669 counting from the first digit after the decimal point.
  • Je ne suis pas sûr d'avoir compris la question. Un résultat qui me semble pertinent : la suite $(\sqrt n )_n$ est équirépartie modulo 1. En conséquence on a
    \[ \lim_{n\to \infty } \frac{1}{n}\mathrm{card}\{k \in \N\cap [0;n] : \{\sqrt n \}\in [0,123456789;0,1234567891[\}=1/10^{10}\]
    il existe donc une infinité des racines carrées dont les première décimales sont 1234567890 (ou toute autre suite finie de chiffres). Ça ne permet pas d'exhiber un exemple concret ceci dit.
  • Je comprends la question comme une « récréation » (ce n’est pas péjoratif !).
    Parmi les nombres que l’on connaît et que l’on utilise disons « usuellement », sait-on s’il y en qui ont cette particularité d’avoir une telle suite de chiffres dans les premières décimales ?
  • Calli
    Modifié (March 2022)
    Bonjour,
    Si je ne me suis pas trompé dans mes calculs, quand on choisit un nombre aléatoirement et uniformément (dans $[0,10]$ par exemple), l'espérance du rang du début de la première suite de 9 chiffres consécutifs distincts est environ de $354{,}6$. Par exemple, pour $\sqrt{13}$, la première suite de ce type commence au rang 7. Et la probabilité que ce rang soit inférieur ou égal à 7 est environ d'une chance sur 49. Ça donne une idée de la rareté de cette curiosité.

    PS : J'ai pris en compte 0 comme possibilité parmi la suite de 9 chiffres.
  • En effet, Dom, ma question est purement "récréative", au sens scolaire du terme ! Et tu l'as très justement interprétée et reformulée, merci !
    Elle m'est tout simplement venue de cette constatation, faite au cours d'un calcul effectué dans un certain cadre ...
    C'est donc de la pure curiosité de ma part !
    Bien cordialement, JLB
  • Merci Calli, de t'être penché sur cette question, Mais je t'avoue ne pas voir sous quel angle tu l'as abordée ... Pourrais-tu être un peu plus explicite ? Bien cordialement, JLB
  • Calli
    Modifié (March 2022)
    Oui bien sûr @jelobreuil. S'il n'était pas tard quand j'ai posté mon message cette nuit, j'aurais ajouté quelques explications au moins.

    J'ai pris une chaîne de Markov composée de 9 états numérotés de 1 à 9, qu'on parcourt en même temps qu'on lit les chiffres du nombre de gauche à droite. On est dans l'état numéro $i$ si $i$ est le cardinal de la plus longue suite de chiffres distincts terminant la suite des 9 prochains chiffres. Par exemple, si $x=4{,}304394959376493\dots$ et qu'on est à l'étape 3, on regarde les 9 chiffres $043949593$, dont $593$ est la plus longue suite finale de chiffres distincts, donc on est à l'état 3. Exception : on fait de 9 un état puits, i.e. quand on a rencontré une suite de 9 chiffres distincts consécutifs, on reste à l'état 9 pour toujours.
    Ensuite, dans un intervalle du type $[0,10^k]$, les chiffres sont des variables aléatoires indépendantes et uniformes dans $\{0,\dots,9\}$, vis à vis de la probabilité uniforme sur l'intervalle. Ainsi, on calcule les probabilités de passage entre les états, qu'on met dans une matrice de passage : $$A := \Big(\Bbb P(j\to i)\Big)_{1\leqslant i,j\leqslant 9} = \left( \begin{array}{ccccc|c}  \frac1{10} & & & & & 0 \\ \frac9{10} & \frac1{10} & & \frac1{10} & & \vdots \\ & \frac8{10} & \ddots & & & \vdots \\ & & \ddots & \ddots & & \vdots \\ & 0 & & \frac3{10} & \frac1{10} & 0 \\ & & & & \frac2{10} & 1 \\ \end{array}\right)$$Puis, on notant $\vec v_n \in\Bbb R^9$ le vecteur des probabilités d'être dans les différents états de la chaîne à l'étape $n$, on a $\vec v_{n+1}=A \vec v_n$. Et on connait l'état initial grâce à un dénombrement : $$\vec v_1 = \left( \begin{array}{c} \vdots \\ \frac{10!}{(10-i)!} \cdot i \cdot 10^{-(i+1)} \\ \vdots \\ \hline 10! \cdot 10^{-9} \end{array}\right)$$
    Enfin, en notant $T$ le numéro de la première étape à laquelle on rencontre une suite de 9 chiffres consécutifs distincts, on a $\Bbb E[T] = \sum\limits_{n=0}^\infty \Bbb P(T>n) = 1+ \sum\limits_{n=1}^\infty (1-\big[\vec v_n\big]_9)$. Et la proba que j'ai donnée est $\big[\vec v_7\big]_9$. Le tout a été calculé sur Python grâce au code suivant (qui permet de regarder plus généralement des suites de $N\in\{1,\dots,10\}$ chiffres).

    N = 9
    
    import numpy as np
    A = np.zeros((N,N))
    for i in range(1,N):
        A[i-1,i-1:-1] = np.ones(N-i)/10
        A[i,i-1] = (10-i)/10
    A[-1,-1] = 1
    
    def factorielle(n):
        if n==0: return 1
        else: return n*factorielle(n-1)
    v = [factorielle(10)/factorielle(10-i)*i/10**(i+1) for i in range(1,N)]
    v.append(factorielle(10)/factorielle(10-N)/10**N)
    
    n = 1
    esp = 1+(1-v[-1])
    while 1-v[-1]>1e-14:
        n += 1
        v = np.dot(A,v)
        esp += 1-v[-1]
        if n==7: print("proba [v_7]_N =", v[-1])
    print("E[T] =", esp)
  • Merci, Calli, de ton message détaillé !
    Toutefois, je dois t'avouer que je ne sais même pas ce que c'est qu'une chaîne de Markov ...
    J'espère que d'autres que moi pourront en profiter : c'est pour cela que je viens d'ajouter un sous-titre à cette discussion.
    Bien cordialement, JLB
  • Cidrolin
    Modifié (March 2022)
    Ces questions m'évoquent un problème sur $2^{29}$.
    Les  chiffres de $2^{29}$ sont tous différents, il y en a $9$. Quel chiffre est absent ?
    Les  calculatrices sont interdites.

  • Bonsoir,
    :
    $32768\times 16384$ se fait à la main en posant la multiplication.

    Cordialement,
    Rescassol

  • Math Coss
    Modifié (March 2022)
    Interdisons alors de poser quelque opération que ce soit à l'écrit, fût-ce sur un écran. 
    Au passage, on voit bien qu'il y a 9 chiffres et que le premier edt un 5 car $2^{29}$ est la moitié de $(2^{10})^3$ qui vaut un peu plus de $(10^3)^3$.
  • jelobreuil
    Modifié (March 2022)
    Bonsoir à tous !
    En développant 1024^3 = (1000 + 24)^3, on devrait pouvoir y arriver assez facilement, mais j'avoue que cela m'est assez difficile à faire de tête !
    Bien cordialement, JLB
  • Ce n'est pas l'idée.
  • @jelobreuil : En quelques mots, une chaîne de Markov est un processus aléatoire sur un ensemble d'"états". À chaque étape $n$, on est à un état (et un seul) et change d'état (ou on reste au même état) à l'étape suivante suivant des probabilités fixées à l'avance, qui ne dépendent que de l'état de départ (celui où on est à l'étape $n$) et de celui d'arriver (celui où on est susceptible d'aller à l'étape $n+1$), et qui ne dépendent pas de ce qui c'est passé aux étapes $n'<n$. Ces probabilités sont les "probas de passage" dont je parlais dans mon message.
  • Pomme de terre
    Modifié (March 2022)
    Pour le sympathique problème de Cirdolin sur $2^{29}$ :
    $2^{30} = (2^3)^{10} \equiv 1\ [9]$ donc $2^{29} \equiv 5\ [9]$ (c'est l'inverse de $2$ modulo $9$).
    Or, $0 + 1 + \cdots + 8 + 9 \equiv 0\ [9]$ donc le chiffre manquant $m$ est solution de $5 + m \equiv 0\ [9]$, d'où $m = 4$.
  • C'est très joli, non ?
  • Exactement Pomme de terre.
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