Calculateur Fonction de Partition p(n) (Euler, Hardy-Ramanujan)
Calculateur fonction partition p(n) : recurrence pentagonale exacte d Euler, parts distinctes q(n), partitions en k parts et approximation Hardy-Ramanujan.
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La fonction de partition
La fonction de partition p(n) compte le nombre de facons d ecrire un entier positif n comme somme d entiers positifs, sans tenir compte de l ordre. Par exemple p(4) = 5 car 4 = 4 = 3+1 = 2+2 = 2+1+1 = 1+1+1+1. C est un des objets les plus etudies de la théorie additive des nombres, avec des liens profonds avec les formes modulaires et la théorie des représentations.
Valeurs initiales
p(0)=1, p(1)=1, p(2)=2, p(3)=3, p(4)=5, p(5)=7, p(6)=11, p(7)=15, p(8)=22, p(9)=30, p(10)=42, p(100)=190569292. Croissance sous-exponentielle : ~ exp(c*sqrt(n)).
Fonction generatrice d Euler
Euler (1741) decouvrit :
Sigma_{n>=0} p(n) * x^n = Prod_{k=1}^{infini} 1/(1 - x^k)
Il prouva aussi : q(n) = partitions en parts distinctes = partitions en parts impaires.
Théorème des nombres pentagonaux
Prod_{k>=1} (1 - x^k) = 1 + Sigma_{m!=0} (-1)^m * x^(m(3m-1)/2)
Donne la recurrence pentagonale : p(n) = p(n-1) + p(n-2) - p(n-5) - p(n-7) + p(n-12) + p(n-15) - ... en O(n^1.5).
Formule de Hardy-Ramanujan
Hardy-Ramanujan (1918) : p(n) ~ (1/(4n*sqrt(3))) * exp(pi * sqrt(2n/3))
Pour n=100 l erreur relative est seulement 0.4% ; pour n=1000 elle tombe a 0.05%.
Serie convergente de Rademacher
Rademacher (1937) ameliora en une serie exacte convergente avec sommes de Kloosterman. Tronquee au premier terme elle donne Hardy-Ramanujan.
Cinq modes
- p(n) individuel en recurrence pentagonale.
- Sequence p(0..n).
- q(n) parties distinctes.
- p(n, k) exactement k parties.
- Hardy-Ramanujan avec erreur relative.
Congruences de Ramanujan
- p(5k + 4) congru 0 (mod 5)
- p(7k + 5) congru 0 (mod 7)
- p(11k + 6) congru 0 (mod 11)
Ahlgren et Ono (2000) ont generalise a tous les premiers >= 5.
Applications
- Théorie des représentations : S_n indexees par partitions.
- Physique statistique : bosons Bose-Einstein.
- Théorie des cordes : spectre bosonique.
- Combinatoire : tableaux de Young.
Histoire de la fonction de partition
L'étude des partitions d'entiers remonte à Leonhard Euler, qui au XVIIIe siècle en trouva la fonction génératrice et le célèbre théorème des nombres pentagonaux, la base de tout calcul efficace de p(n). Mais la page la plus légendaire fut écrite en 1918 par la collaboration entre G. H. Hardy et Srinivasa Ramanujan. Le génial mathématicien indien autodidacte et le rigoureux professeur de Cambridge développèrent ensemble une formule asymptotique étonnamment précise pour p(n), un résultat qui marqua la naissance de la "méthode du cercle" en analyse. Auparavant, le mathématicien Percy MacMahon avait calculé à la main, avec une patience extraordinaire, les valeurs de p(n) jusqu'à p(200) = 3 972 999 029 388, des tables que Ramanujan utilisa pour deviner ses fameuses congruences. La fonction de partition reste un pont fascinant entre combinatoire, analyse et théorie des nombres.
Les partitions en physique statistique
Les partitions d'entiers ne sont pas qu'un jeu mathématique : elles apparaissent naturellement en mécanique statistique et en physique quantique. Lorsqu'on distribue des quanta d'énergie identiques entre les niveaux d'un système, comme dans les bosons obéissant à la statistique de Bose-Einstein, le nombre de façons de répartir l'énergie totale est gouverné précisément par les partitions. En théorie des cordes et dans l'étude des trous noirs, la fonction de partition compte les états microscopiques correspondant à une énergie donnée, en lien avec l'entropie. La croissance quasi exponentielle de p(n), décrite par la formule de Hardy-Ramanujan, reflète la multiplication très rapide des états accessibles quand l'énergie augmente. Ce lien profond entre combinatoire et physique fait de la fonction de partition un outil étonnamment universel.
Mis à jour en juillet 2026
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