Voici trois raisonnements par l’absurde permettant de démontrer que .
Résultat intermédiaire : Si le carré d’un nombre entier est pair, ce nombre est pair.
Soit tel que est pair. Supposons que est impair. Alors il existe un entier naturel tel que .
Par conséquent : . Ainsi serait impair, ce qui est impossible puisqu’on a supposé que était pair. Conclusion : est pair.
Supposons que . Alors il existe deux entiers naturels et , premiers entre eux, tels que . Les et sont choisis premiers entre eux afin que soit représenté par une fraction irréductible.
Première démonstration arithmétique :
Alors , donc . On en déduit que est un nombre pair, et qu’alors est aussi un nombre pair.
Il existe alors un entier naturel tel que , donc . Mais puisque , il vient que , soit .
On en déduit que, comme pour , est un nombre pair. Mais si et sont pairs, ils ne peuvent pas être premiers entre eux. On aboutit à une contradiction. L’hypothèse est fausse. Conclusion : .
Seconde démonstration arithmétique :
On repart de la démonstration précédente : . On s’intéresse aux chiffres des unités possibles de et de selon le chiffre des unités de ou de .
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
0 | 1 | 4 | 9 | 6 | 5 | 6 | 9 | 4 | 1 | |
0 | 2 | 8 | 8 | 2 | 0 | 2 | 8 | 8 | 2 |
On observe que le chiffre des unités de est 0, 2 ou 8. Et que celui de (ligne du tableau) est 0, 1, 4, 5, 6, ou 9. Donc pour que , il faut que ces deux expressions aient 0 comme chiffre des unités.
D’après le tableau : est un multiple de 10 si est un multiple de 5, et est un multiple de 10 si est un multiple de 10, donc de 5. Mais si et sont des multiples de 5, ils ne peuvent pas être premiers entre eux. On aboutit à une contradiction. L’hypothèse est fausse. Conclusion : .
Démonstration géométrique :
Soit le triangle BCD isocèle et rectangle en C tel que : et . Nous supposons que et sont les plus petits nombres entiers vérifiant l’égalité . Ce sont donc les plus petits entiers tels que BCD soit un triangle rectangle isocèle dont l’hypothèse mesure et les deux autres cotés mesurent .
Soit (BF) la bissectrice interne de l’angle et considérons la symétrie d’axe (BF). Comme ABCD est un carré, l’image de C par cette symétrie est le point E qui appartient à (BD). La symétrie axiale conserve les angles et les distances. Par conséquent : et possède la même mesure que , soit 90°.
Comme ABCD est un carré, et possèdent la même mesure, soit 45°. Par ailleurs et . On en déduit que le triangle DEF est isocèle et rectangle en E.
Or qui est entier naturel. De même, puisque l’on considère la symétrie d’axe (BF) qui transforme C en E. Par conséquent puisque DEF est isocèle. Il vient donc que qui est aussi un entier naturel. En effet d’après l’inégalité triangulaire appliqué au triangle BCD.
En résumé, DEF est triangle isocèle et rectangle dont les dimensions sont des entiers naturels inférieurs à et à . Ce qui contredit l’hypothèse que le triangle BCD était le triangle isocèle et rectangle le plus petit tel que . L’hypothèse est fausse. Conclusion : .