Constante de Foias

En analyse mathématique, la constante de Foias est l'unique réel α > 0 tel que la suite définie par récurrence par

${\displaystyle x_{1}=\alpha \quad {\text{et}}\quad \forall n\in \mathbb {N} ^{*}\quad x_{n+1}=\left(1+{\frac {1}{x_{n}}}\right)^{n}}$

ait pour limite l'infini^[1].

Précisions[modifier | modifier le code]

Une démonstration de l'existence et de l'unicité de ce réel a été proposée dans l'énoncé du concours général 2020 de mathématiques^[2].

Ce réel, pour lequel on ne connaît pas de formule explicite, admet pour valeur approchée^[3] ${\displaystyle 1{,}187}$.

La suite ${\displaystyle (x_{n})}$ correspondante est équivalente à ${\displaystyle \left({\frac {n}{\ln n}}\right)}$ donc aussi (mais c'est un hasard^[1]) à ${\displaystyle \left(\pi (n)\right)}$, où π est la fonction de compte des nombres premiers.

Anecdote[modifier | modifier le code]

On peut considérer que cette constante a été obtenue par sérendipité. En effet, l'étude de cette question vient d'une coquille dans un énoncé plus simple^[1] : une suite ${\displaystyle (x_{n})}$ telle que

${\displaystyle x_{1}>0\quad {\text{et}}\quad \forall n\in \mathbb {N} ^{*}\quad x_{n+1}=\left(1+{\frac {1}{x_{n}}}\right)^{x_{n}}}$

peut-elle tendre vers l'infini ?

La réponse est « non », car^[4] toutes les suites de cette forme convergent vers la racine (qui vaut approximativement^[5] ${\displaystyle 2{,}293}$) de l'équation ${\displaystyle x=\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}}$. Un autre argument consiste à remarquer que ${\displaystyle \lim _{x\to +\infty }\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}=\mathrm {e} \neq +\infty }$.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

• (en) S. R. Finch, Mathematical Constants, Cambridge University Press, 2003 (lire en ligne), p. 430, « Foias' constant »
• (ro) Andrei Vernescu, « Constante de tip Euler generalizate », Gazeta Matematică, a : Revistă de cultură Matematica, Anul XXV(CIV) n^o 1,‎ 2007, p. 11-16 (lire en ligne), p. 15

• Arithmétique et théorie des nombres