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Sciences · Mathématiques

Le triangle de Pascal

Le triangle de Pascal est un tableau où chaque nombre est la somme des deux nombres situés au-dessus de lui. Sa ligne n donne les coefficients binomiaux « k parmi n », utiles pour développer (a + b)ⁿ et dénombrer.

Mis à jour le 4 min de lecture

Le triangle porte le nom de Blaise Pascal, qui lui consacre en 1654 son Traité du triangle arithmétique, mais il était connu bien avant : en Inde, en Perse (al-Karaji, Omar Khayyam) et en Chine, où Yang Hui le décrit au XIIIe siècle. En une figure simple, il réunit algèbre, dénombrement et probabilités.

Construire le triangle

  1. La ligne 0 contient un seul 1.
  2. Chaque ligne commence et finit par 1.
  3. Chaque nombre intérieur est la somme des deux nombres au-dessus de lui (à gauche et juste au-dessus dans la présentation en tableau).
nk = 0123456
01
111
2121
31331
414641
515101051
61615201561

Cette règle est la formule de Pascal : C(n, k) = C(n − 1, k − 1) + C(n − 1, k). Interprétation : pour choisir k objets parmi n, soit on prend un objet donné (il reste k − 1 à choisir parmi n − 1), soit on ne le prend pas (k parmi n − 1).

Calculer un coefficient sans le triangle

Raccourci : C(n, k) = produit des k entiers décroissants à partir de n, divisé par k!.

Le binôme de Newton

Les lignes du triangle donnent les coefficients du développement de (a + b)ⁿ :

(a + b)ⁿ = C(n, 0)aⁿ + C(n, 1)aⁿ⁻¹b + C(n, 2)aⁿ⁻²b² + … + C(n, n)bⁿ.

PuissanceDéveloppement
(a + b)²a² + 2ab + b²
(a + b)³a³ + 3a²b + 3ab² + b³
(a + b)⁴a⁴ + 4a³b + 6a²b² + 4ab³ + b⁴

La ligne 2 (1, 2, 1) redonne l'identité remarquable (a + b)² = a² + 2ab + b². Pour (a − b)ⁿ, les signes alternent : (a − b)³ = a³ − 3a²b + 3ab² − b³.

Propriétés à connaître

PropriétéFormuleExemple
SymétrieC(n, k) = C(n, n − k)C(6, 2) = C(6, 4) = 15
BordsC(n, 0) = C(n, n) = 1—
Deuxième diagonaleC(n, 1) = nC(7, 1) = 7
Somme d’une ligneC(n, 0) + … + C(n, n) = 2ⁿLigne 4 : 16
Somme alternéeC(n, 0) − C(n, 1) + … = 0 (n ≥ 1)1 − 4 + 6 − 4 + 1 = 0
  • La somme de la ligne n vaut 2ⁿ : c’est le nombre total de sous-ensembles d’un ensemble à n éléments.
  • La troisième diagonale (1, 3, 6, 10, 15…) est celle des nombres triangulaires, la suivante celle des nombres tétraédriques.
  • Les sommes des « diagonales montantes » donnent la suite de Fibonacci : 1, 1, 2, 3, 5, 8…
  • Si p est premier, tous les coefficients intérieurs de la ligne p sont divisibles par p (ligne 7 : 7, 21, 35, 35, 21, 7).
  • En coloriant les nombres impairs, on voit apparaître le triangle de Sierpiński, une figure fractale.

Applications en probabilités

Si l’on lance une pièce équilibrée n fois, la probabilité d’obtenir exactement k « pile » vaut C(n, k) / 2ⁿ : c’est la loi binomiale (voir les probabilités). Pour 4 lancers, les nombres de cas 1, 4, 6, 4, 1 sur 16 montrent que 2 « pile » est le résultat le plus probable (6/16 = 37,5 %).

Erreurs fréquentes

  • Se tromper de numérotation : la première ligne est la ligne 0 et le premier terme est k = 0.
  • Oublier les coefficients : (a + b)³ ≠ a³ + b³.
  • Confondre combinaison et arrangement : C(n, k) ne tient pas compte de l’ordre ; pour un classement, on ne divise pas par k!.

Questions fréquentes

Comment calculer « k parmi n » ?

Avec la formule n! / (k!(n − k)!), ou en lisant la ligne n, position k, du triangle de Pascal. À la calculatrice, la touche s’appelle souvent nCr ou Combinaison.

Pourquoi la somme d’une ligne vaut-elle 2ⁿ ?

Parce qu’en posant a = b = 1 dans le binôme, (1 + 1)ⁿ = 2ⁿ est la somme des coefficients. Combinatoirement, c’est le nombre de sous-ensembles d’un ensemble à n éléments.

Pascal a-t-il inventé le triangle ?

Non : il était connu des mathématiciens indiens, persans et chinois des siècles plus tôt. Pascal en a fait une étude systématique et l’a appliqué aux probabilités.

À quoi sert le triangle de Pascal ?

À développer des puissances de binômes, à compter des combinaisons, à calculer des probabilités binomiales et à repérer de nombreuses suites remarquables.

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