T HOMAS L AVERNÈDE
Analyse indéterminée. Recherche systématique des formules les plus propres à calculer les logarithmes
Annales de Mathématiques pures et appliquées, tome 1 (1810-1811), p. 78-100
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ANALISE INDÉTERMINÉE.
Recherche systématique des formules les plus propres
à calculer les Logarithmes.
Par M. THOMAS LAVERNÈDE
SECONDE PARTIE.
Application des équations obtenues
dans lapremière partie.
38. Nous
avonscherché,
dans lapremière partie
de cemémoire,
à obtenir des
équations qui,
nedifférant
entre elles que par leur der- nier terme, eussent des racines commensurables. Ces racines sont, dans toutes cellesauxquelles
nous sommes parvenus ,exprimées
d’unemanière
générale
en fonctions d’une ou deplusieurs indéterminées,
et ,lorsqu’on
substitue à ces indéterminées des nombresrationnels,
on arrive à deséquations numériques qui jouissent
des mêmespropriétés
que les
équations
littérales. On trouvecependant quelquefois,
par lasubstitution ,
deséquations numériques qui
ne satisfont pas aux con- ditionsprescrites. Lorsque
cela alieu,
les deuxéquations
ont , l’uneet
l’autre ,
une ouplusieurs
racineségales
à zéro. Cettecirconstance ,
qui dépend
des nombressubstitués,
est , comme nous l’avons-démontré(n.° 24), incompatible
avec la nature de noséquations ;
mais onpeut
aisément l’éviter par la considération des différens facteursqui
entrent dans les racines. Ainsi nous pourrons
toujours,
à l’aide deséquations générales,
obtenir deséquations numériques jouissant
despropriétés qui
ont faitl’objet
de nos recherches.LOGARITHMIQUES. 79
Il est
évident,
ainsi que nous l’avonsdéjà
faitobserver ,
que lespremiers
membres de ceséquations
sont despolynomes qu’on peut
substituer à u et t dans
l’équation :
pour avoir des formules
logarithmiques de
la forme B(
n.° 2).
Maisalors, d’après
les remarques dun.° 3,
il estnécessaire,
pour que ces formules soient aussiconvergentes qu’elles peuvent l’être,
de fairecnsorte que la différence entre les derniers termes soit aussi
petite
que
possible ,
sans nuire à la forme de cespolynomes.
Celaexige
un choix dans les valeurs à donner aux indéterminées
qui
entrent dansles
expressions
des racines de noséquations.
On trouvera ces valeursindiquées
dans les numéros suivansqui
renferment les formulesloga- rithmiques
lesplus avantageuses qu’il
soitpossible
de déduire des résultatsauxquels
nous sommes parvenus dans lapremière partier
39.
I.reformule.
Si onprend l’équation
du seconddegré :
dont la résultante est x2 = o, en faisant u =
x2 ,
et t = x2 - l , il viendra :et
l’équation
A donnera la formule connue :40.
2.meformule.
Si on suppose a=2 etb=I
dans leséquations
P
(n.° 29),
on aura :et
ou
et
faisant ensuite :
et
iJ
viendra :
et
l’équation A
donnera :Cette formule se trouve dans la
préface
destables trigonométriques
décimales de M. de Borda.
Les
équations
et
ou
et
qu’on
obtient en faisant a=b=03BB=I dans leséquations D ( n.’ 9).
ou dans les
équations
E(n.° I0),
ne sont autre chose que des trans.,.formées
de cellesqui
donnent la formuleprécédente (voy.
n.O25),
-
et
LOGARITHMIQUES.
8Iet elles en fournissent
une équivalente. M. Muller,
dans sonTraité
des fluentes,
n.° 225(1) ,
propose, pour calculer leslogarithmes,
la fraction
d3+6d2+9d+4 d3+6d2+9d.
Dansl’exemple qu’il donne,
il faitd=I4,
et a la fraction
4050 4046=I52·I8 I4·I72=2025 2023. 4046
Il calculele logarithme
de cetteI4·I72 2023
fraction ,
et conclut ensuite :4I. 3.me formule.
Si on suppose a=2 etb=I dans les équations
I (n.°. I4),
on aura les suivantes :et
ou
et
faisant
ensuite :et
il viendra :
(I) Traitè
analitique
des Sections coniques, Fluxions et Fluentes, etc., parM. Muller,
professeur
demathémathiques à
l’éeoleroyale
deVolwich;
traduit del’anglais,
par l’auteur. ParisI760.
Tom. 1. II
et
l’équation A
donnera :Cette formule a été trouvée par M.
Haros, employé
aux bureauxdu cadastre
(i).
42. 4.me formule.
Si onsuppose
a=2 et b- I dans lêséquations
K (n.° I4),
on aura les suivantes:et
ou
@t
faisant ensuite :
et
il
viendra :
et
l’équation A donnera :
(1) Voyez
leComplément d’Algèbre de
M. Lacroix.LOGARITHMIQUES. 83
Cette formule est
plus convergente
que laprécédente ,
et ne faitdépendre
lelogarithme cherché
que decinq
autreslogarithmes.
43.
Il est facile de déduire leséquations numériques qui
donnentles deux dernières formules des
équations S (
n.°34 ).
Onpeut
avoir, lespremières,
en faisant 03B2=2, 03B3=2,03B4=4,
et 03B5=-I; et les se-condes,
en faisant 03B2=2, 03B3=2 , 03B4=-I, 03B5=-I, et divisant en- suite toutes les racines par .2.En
supposant ,
dans leséquations S. 03B2=-9 ,
03B3=-I,03B4=-4,
03B5=2, et divisant ensuite toutes les racines par
6 ,
on trouve leséquations :
et
ou
et
qui
donnent une formulelogarithmique
moinsavantageuse
que les deuxprécédentes , mais qui peut
encore être utile.44.
5.meformule.
Si on suppose 03B1= 3 et 03B2=2 dans leséquations
T
( n.0 36 ),
on aura,après
avoir divisé toutes les racinespar 2,
leséquations numériques
suivantes :et
ou
et
84
faisant ensuite :
et
il
viendra :
et
l’équation A
donnera :45. 6.me formule. Si,
dans les mêmeséquations
T(n.° 36),
onsuppose
03B1=2 et 03B2=I , on aura lessuivantes :
et
ou
et
faisant ensuite :
et
il
viendra
:LOGARITHMIQUES,
83et
1 équation
A donnera :46. 7.me formule.
Si on suppose a=3 et 03BB = i dans leséquations Q (n.°29),
ou 03B1= 2 et 03B2=1 dans lespremières équations
du n.°33,
on aura les suivantes :
et
ou
et
faisant
ensuite :et
il
viendra :
et
l’équation
A donnera :47.
Les formulescomprises
dans les numérosprécédons peuvent
toutes être
employées
d’une manièreavantageuse
, relativement audegré
d’exactitudequ’on
désire dans lerésultat ,
etexigent
des calculsde même genre. Dans ce
qui
vasuivre ,
nous ne donnerons des ap-plications
que d’une’seule ,
ce que nous dirons de celle-cipouvant
servir à conclure paranalogie
cequ’il
y aurait à dire sur chacun des autres. Nous choisirons depreference ,
pour cesapplications ,
laformule
du numéroprécédent, qui
est du sixièmedegré ,
parcequ’elle
est la
plus convergente.
48.
Pour donner une idéecomplète
del’application
de la formule :supposons
qu’on veuille , indépendamment
de tout cequi
a étépublié jusqu’ici,
et par sonmoyen,
calculer des tables delogarithmes
sui-vant le
système
deBriggs ;
la difficultéqu’on
rencontrera est celle dont nous avonsparlé
dans le n. 0 3, Ilfaudrait,
pourpouvoir
cal-culer le
logarithme
de l’un des nombresx+8, x+7, x+5, x+3,
x,x-3 , x-5 ,
x-7,x-8,
que ceux des autresfussent
donnés ,
et ,d’après l’hypothèse,
aucunlogarithme
n’est censéconnu. On remedie en
général
à cetinconvénient, lorsqu’on emploie
des formules du genre de la
précédente ,
en substituant successivementLOGARITHMIQUES 87
à x différentes
valeurs, jusqu’à
cequ’on
obtienne au moins un nombren
d’équations,
danslesquelles
il n’entre que leslogarithmes
de nnombres
premiers ;
et, au moyen de ceséquations,
on détermine en-suite la valeur de chacun de ’ces
logarithmes. Si,
parexemple, on
met successivernent à la
place de x ,
dans la formuleU ,
les nombres9, 10 , 11 12,
I3 , I4,
I7, ig, 2J et 27, on aura leséquations :
Ces dix
équations
ne renferment que leslogarithmes
des huitpremiers
nombres
simples 2, 3, 5, 7, II, I3, I7, I9;
et, comme on n’abesoin que de huit
équations
pour déterminer huitinconnues,
il estclair
(
lelogarithme
de 5 n’entrant que dans deuxéquations ) qu’on
en déduira
quarante quatre systèmes
de huitéquations, qui pourront
tousservir à trouver les valeurs de ces
logarithmes.
De tous cessystèmes ,
celui des huit dernières étant le
plus avantageux, parce qu’il
contientles séries les
plus convergentes ;
prenons ces huitéquations
etfaisons
pour
abroger :
nous aurons :
équatons qui,
étant résolues suivant lesrègles ordinaires ,
donnent :En
LOGARITHMIQUES. 89
En
croulant d-abord ces huit valeurs dans lasupposition
deM=I,
et
ajoutant
ensuite celles deslogarithmes
de 2 et de5 ,
on aurale
logaiithme Népérien
de 10 ; lequotient
de l’unité divisée par celogarithme,
sera le module destables ,
et , enmultipliant tes
valeurstrouvées par ce
module,
onparviendra
aux valeurs deslogarithmes
tabulaires des huit
premiers
nombressimples.
Dès-lors leslogarithmes
de tous les
nombres , depuis
ijusque
22inclusivement, pourront
être
déterminés ;
et on trouvera ensuite successivement leslogarithmes
de tous les nombres
premiers ,
sans que rienpuisse gêner
dansl’ap- plication
de laformule.
Pouravoir,
parexemple
lelogarithme
de23 ,
on pourra faire :et on aura :
ou
On
parvient
encore à deséquations qui donnent
lelogarithme
de23,
sansemployer
deslogarithmes
desnombres premiers plus grande
que
23,
en faisant :et même cette dernière
hypothèse
est laplus avantageuse.
Engêneral,
on
peut
faire le nombre dont on demande lelogarithme, égal
à l’unequelconque
desquantités x+8, x+7, x+5, x+3,
x,x-3,
x-5,
x-7,x-8,
pourvuqu’aucune
des autres ne devienne par la un nombrepremier
ou unmultiple
d’un nombrepremier
dont lelogarithme
soit inconnu. Le tableau suivantprésente
toutes les valeursmoindres que I000 ,
qu’il
estpossible
de substituer à x dans la for-mule,
pour avoir deséquations qui
donnent lelogarithme
d’un nombreTom. I. I2
go
prenmier p, plus petit
que I00 , sansqu’il
soitbesoin
de connaîtrele
logarithme
d’aucun nombrepremier plus grand
que p.49.
Le moyenemployé
dans le numéroprécédent
pour avoir leslogarithmes
des huitpremiers
nombressimples , pourrait également
servir pour trouver un
plus, grand
nombre delogarithmes,
c’est-à-dire
qu’on pourrait établir ,
par unplus grand
nombred’équations ,
les
rapports qui
existent entre unplus grand
nombre delogarithmes,
et déduire ensuite de ces
équations
les valeursparticulières
dechacun
d’eux. Nous allons donner ici
vingt-cinq équations
entre lesvingt-cinq logarithmes
des nombrespremiers plus petits
que I00. Ellespourront
servir à déterminer ceslogarithmes
au moyen de séries très-conver-gentes,
et dont les termes n’ont que l’unité pournumérateur,
con-LOGARITHMIQUES.
9Idition
très-avantageuse
pour lasimplicité
du calcul. Ilfaut,
pour lesobtenir ,
substituer successivement a x, dans laformule U ,
les nom-bres suivans :
55, 57 , 63, 65 , 67 , 72, 73, 75,
7 7 ,8o, 83,
85, 87, 88,
97 ,125, I33, 153,
17 7 ,245, 253, 287, 437 ,
525 et
575.
Équations.
92
La
convergence
des séries contenues dans ceséquations
esttelle,
que ie
cinquième
terme de lapremière , qui
est la moinsrapide,
n’influeque sur le 6I.me chiiffre
décimal,
et le troisième terme de la dernièresur le 65.me C’est par des moyens bien
plus pénibles, qu’Abraham Sharp
a calculé avec 61 chiffresdécimaux,
1. 0 leslogarithmes
detous les nombres
plus petits
que ioo, 2.° leslogarithmes
de tousles nombres
premiers depuis I00 jusqu’à
1100, 3.0 leslogarithmes
desquarante-un
nombrescompris depuis 999980 jusqu’à
I000020 inclu-vivement.
5o.
Après
avoirmontré ,
dans cequi précède,
comment onpourrait
construire des tables de
logarithmes à
l’aide de laformule U ,
il nousreste à donner un
exemple
des calculsqu’exigerait
ce travail. Pourcela ,
supposons que , leslogarithmes
de tous les nombrespremiers depuis 1 jusqu’à II00
étant connus, on demande celui de 1297 , En .faisant x-8= I297, nous aurons x=I305 ;
et laformule (en
sobornant
au seulpremier
termede
lasérie) donnera :
93 LOGARITHMIQUES.
Or,
dans cetteéquation ,
leslogarithmes
desnombres I305, I298, I3i2, I302, I308, I300,
I3I0 et I3I3 sont donnés parl’hypothèse, puisqu’on
aLI305=2L3+L5+L29, LI298=L2+LII+L59, LI3I2=5L2+L4I, LI302=L2+L3+L7+L3I,
...LI308=2L2+L3+LI09, LI300=2+LI3, LI3I0=I+LI3I
etLI3I3=LI3+LI0I. Il ne
reste doncplus qu’à
évaluer en décimales lafraction
2M·7200 I3056-98·I3054+240I·I3052-7200 ;après quoi l’opération
seraréduite à de
simples
additions. Enprocédant
à cetteévaluation,
ontrouve d’abord
I3052=I7 03025, I3054=290 0294I 50625, I3056=4939 27344 5868i 40625; puis 240I·I3052=40889 63025, 98·I3054=28422 88267 61250,
et
enfin ,
On
achève
ensuite le calcul comme on le voit ici :94
LOGARITHMIQUES. 95
51. Il est
bon
deremarquer
que la fractionest
toujours
réductible. Eneffet ,
ellepeut toujours
être mise sousl’une ou l’autre des deux formes suivantes :
et
Or, quelle
que soit celle souslaquelle
on laconsidère ,
on voltaisément que , 1.° ses deux termes sont divisibles
par 4
ou 16 ou32, quand x
est de la forme 2pou 4p
ou8p,
etqu’ils
sont tou-jours
divisibles par32, lorsque x
est un nombreimpair
ou de la forme2p+I;
car alors les deux nombresx+7
et x-7deviennent pairs,
et leur différence étant
I4,
ou,plus généralement,
un nombre im-.pairement-pair,
si l’un est divisible par 2, l’autre l’est nécessairement par4.
Onpeut
en dire autant des nombresx+5
etx-5, x+3
et x-3.
2.° Les deux termes de la fraction sont
toujours divisibles
par9;
car x est essentiellement de l’une des trois
formes 3p, 3p+I
et3p-I. Or,
lapremière
rend divisibles par 3 les nombres x,x+3 ,
et
x-3;
laseconde,
les nombres x-7,x+8
etx+5 ;
et la troi-sième,
les nombresx+7 ,
x-8 et x-5.3.° Les deux termes de la fraction sont divisibles par
25
,lorsque
x est de l’une des trois formes
5p, 5p+2
et5p-2;
car lapremière
rend divisibles par 5 les nombres x,
x+5
etx-5
; laseconde ,
les nombres x-7 ,
x+8
etx+3 ;
et latroisième,
lesnombres
x+7,
x-8 etx-3.
96
D’après
cesconsidérations, je
croisqu’on
ferabien, lorsqu’on voudra ,
pour une valeur donnée de x, évaluer cette fraction en
décimales,
de la mettre sous une des formes
précédentes ,
parcequ’étant
sousces formes , on
peut aisément ,
avant deprocéder
aucalcul ,
débar-rasser ses deux. terrnes des facteurs
qui
leur sont communs.62. Pour
qu’on puisse toujours juger
dudegré
d’exactitudequ’on
doit attendre des formules
comprises
dans les n.os3g
,40, 41 , 42,
44, 45, 46,
nousplacerons
ici le tabieau suivantqui
met sous lesyeux
le nombre des chiffres décimaux exacts , donnés par chacuned’elles , lorsque x égale I00
ou 1000 , ou 10000 , ou I00000 , ou I000000, soitqu’on néglige entièrement
la série du secondmembre
soit
qu’on
sc serve de sonpremier
terme.LOGARITHMIQUES. 97
53. Si on calculait des tables de
logarithmes
par unequelconque
de ces
formules ,
soit ennégligeant
entièrement la série du secondmembre ,
soit en se servant de sonpremier
terme, onpourrait
ai-sèment se faire un moyen d’obtenir
cinq
ou six chiffres décimauxexacts , de
plus
que n’endonnerait ,
dans l’un ou l’autre cas, la formuleemployée.
Il suffirait pour cela de déterminer d’avance lelogarithme
de lapartie
constante dupremier
ou du second termede la série
multipliée
par le double dumodule ;
car , en retranchant ensuite de celogarithme
celui de lapartie
dudénominateur , qui
peut
influer sur lespremiers chiffres
duquotient ,
on aurait pourreste un
logarithme répondant
à un nombrequi exprimerait
la valeurdu
premier
ou du second terme de lasérie,
au moins dans ses pre- miers chiffressignificatifs. Ainsi
, parexemple,
en nous servant tou-jours
de la formuleU ,
si on sait queet
en retranchant de TI la somme
2Lx+2L(x+7)+2L(x-7)
desdoubles des
logarithmes
des nombres x,x+7
et x-7 ’qui
entrentdans le
premier
calcul de laformule-,
on aura pour resteun loga-
rithme
qui
différera peu de celui duproduit
dupremier
terme desla
série ,
par le double du module.Il
en sera de même parrapport
à la valeur du second terme de la série
multipliée
par2M),
si onôte de T" trois fois la somme
2Lx+2L(x+7)+2L(x-7)+2L(x-7);
car lelogarithme
restant sera celui de cettevaleur,
considérée seulement dan&ses
premiers
chiffressignificatifs.
Pour ne rien laisser à désirer à cet
égard,
soitrepris l’exemple
dun.°
50 ;
on auraTom. I. I3
et,
entirant
cette somme ducalcul déjà fait , il
viendra :18,69363 80784
logarithme
dont letriple
est :56,0809I 4235I
Retranchant maintenant ce
triple
deT",
on trouvera pour reste :La
caractéristique négative - 46 , qui
se trouve dans cerésultat, indique
d’abord que lepremier
chiffresignificatif
du nombre cor-respondant ,
est du46.me
ordredécimal ,
et lafraction ( réduite ,
sion veut, à
sept
chiffres comme dans nos tablesusuelles) appartenant
au
logarithme
de8969666, j*’en,.
conclus que la valeur trouvée pour lelogarithme
de I297, doit être diminuée de laquantité 8669666 I052;
cequi
s’accorde avec ce que nous avons vu dans le numéroprécité.
Si x
surpassait
I0000, onpourrait
se contenter de retrancher de TI six fois lelogarithme de x ,
ou de T" dix-huit fois ce mêmelogarithme.
54.
Je terminerai ce mémoire en faisant observer que leséqùations
obtenues dans la
première partie expriment
toutes despropriétes
desprogressions
par différence. Enprenant,
parexemple ,
cellesqui
ontfourni la formule
U ,
etmultipliant
leurs racines pard,
pourplus
de
généralité ,
on aura :et
ou
LOGARITHMIQUES.
99et
ce
qui
nousapprend
que , dans laprogression
le
produit
desquarrés
des2.me, g.me
et I6.me termes estégal
auproduit
desI.er, 4.me, 6.me, I2.me, I4.me
etI7.me
termes , moinsI4400
fois la sixièmepuissance de
la différence d. Mais x étant va-riable,
il est évident que lapropriété
que nous venons d’énoncer auralieu , quelle
que soit savaleur ;
elle aura donc lieulorsque
x de-viendra
x+nd,
ou , cequi
revient aumême , quelque part qu’on
prenne
l’origine
de laprogression, qui peut
d’ailleurs êtreprolongée
indéfiniment à droite et à
gauche.
Cettepropriété
subsistera encore , si x devientx+p ,
p n’étant pas unmultiple
ded ; donc ,
engénéral,
dans la
progression ,
le
produit
desquarrés
des2.me , g.me
et I6.me termes estégal
anproduit
desI.er, 4.me, 6.me, I2.me, I4.me
etI7.me
termes,moins
14400
fois la sixièmepuissance
de la raison ou différence d.Si on passe maintenant de cette dernière
progression
auxéquations correspondant
à lapropriété
que nous venonsd’y observer ,
on verraque ces
équations
ne sont autre chose que des transformées de celles dont nous sommespartis;
transforméesqu’on
obtient enaugmentant
d’abord les racines d’un
multiple
ded,
et ensuite de laquantité
p.On doit seulement remarquer
qu’après
cestransformations,
les racinesne sont
plus
divisibles pard,
comme elles l’étaientauparavant,
etque d
est alors un facteur commun à toutes les différences des ra- cines. Ce que nous venons de dire nous met en droit deconclure,
J .0 qne les transformées
auxquelles
onparvient
enaugmentant
ou diminuant les racines de deuxéquations
telles que celles dont nousnous somrnes
occupés ,
conservent entre elles la même différencequi
se trouvait entre ces
équations ,
et nepeuvent conséquemment
pas fournir des formuleslogarithmiques plus avantageuses ;
2.0 que ,lorsqu’on
a deuxéquations,
telles que lesdifférences
.entre les racinesont un facteur commun
d,
onpeut,
enaugmentant
ou diminuantces racines d’une
quantité égale
au reste de la division de l’uned’èlles
par
d,
faire que toutes ces racines deviennent desmultiples
ded,
et
puissent ,
parconséquent ,
être divisées par cettequantité ,
cequi
conduit à des
équations plus simples
etplus utiles. Ainsi ,
parexemple,
si l’on avait les deux
équations ,
et
ou
et
dont les racines sont des nombres
impairs,
etdiffèrent conséquemment
entre elles d’un
multiple de
2 , enaugmentant
ces racines d’uneunité ,
et les
divisant
ensuite par 2, onaurait :
et
ou
et
équations qui
ne sont que des transformées de cellesqui
nous ontdonné la formule du n.O
42 ;
transforméesqu’on
aurait en mettant dansces dernières x-2 à la