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Variations autour d'un théorème métrique de Khintchine

Variations around a metric theorem of Khinchin

Yann Bugeaud, Carlos Gustavo Moreira
Variations autour d'un théorème métrique de Khintchine
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  • Année : 2016
  • Fascicule : 3
  • Tome : 144
  • Format : Électronique
  • Langue de l'ouvrage :
    Français
  • Class. Math. : 11J04, 11J83.
  • Pages : 507-538
  • DOI : 10.24033/bsmf.2721
Nous montrons qu'il n'existe pas de nombre réel typique du point de vue de l'approximation diophantienne, dans un sens précisé ci-après. Soit $\Psi $ une application de l'ensemble des entiers strictement positifs dans l'ensemble des nombres réels positifs. Khintchine a démontré que, si la fonction $q \mapsto q^2 \Psi (q)$ décroît et si la série de terme général $q \Psi (q)$ diverge, alors l'ensemble $\mathcal {K} (\Psi )$ des nombres réels $\xi $ pour lesquels l'inégalité $|\xi - p/q| < \Psi (q)$ possède une infinité de solutions rationnelles $p/q$ est de mesure de Lebesgue totale (Beresnevich, Dickinson et Velani ont démontré plus tard le même résultat en supposant seulement que $\Psi $ est décroissante). Nous montrons que, pour presque tout nombre réel $\alpha $, il existe une fonction $\Psi $ qui satisfait de bonnes conditions de « régularité » (concernant la décroissance de $\Psi $), telle que la série de terme général $q \Psi (q)$ diverge alors que l'inégalité $|\alpha - p/q| < \Psi (q)$ ne possède aucune solution rationnelle $p/q$. Khintchine a montré également que, si la série de terme général $q \Psi (q)$ converge, alors l'ensemble $\mathcal {K} (\Psi )$ est de mesure de Lebesgue nulle. Nous montrons que, pour presque tout nombre réel $\alpha $, il existe une fonction $\Psi $ qui satisfait de bonnes conditions de « régularité », telle que la série de terme général $q \Psi (q)$ converge alors que l'inégalité $|\alpha - p/q| < \Psi (q)$ possède une infinité de solutions rationnelles $p/q$. Enfin, nous calculons les dimensions de Hausdorff d'ensembles d'exceptions à nos résultats (définis en fonction des conditions de régularité sur $\Psi $).
We prove that there are no typical real numbers from the point of view of Diophantine approximations, in a sense that we describe below. Let $\Psi $ be an application from the set of positive integers into the set of nonnegative real numbers. Khintchine established that, if the function $q \mapsto q^2 \Psi (q)$ is non-increasing and the series $\sum _{q \ge 1} q \Psi (q)$ diverges, then the set $\mathcal {K} (\Psi )$ of real numbers $\xi $ for which the inequality $|\xi - p/q| < \Psi (q)$ has infinitely many rational solutions $p/q$ has full Lebesgue measure (Beresnevich, Dickinson and Velani proved later the same result assuming that $\Psi $ is just non-increasing). We show that, for almost every real number $\alpha $, there is a function $\Psi $ which satisfies good “regularity” conditions (on the speed of decreasing of $\Psi $), such that the series $\sum _{q \ge 1} q \Psi (q)$ diverges but the inequality $|\alpha - p/q| < \Psi (q)$ has no rational solution $p/q$. Khintchine also showed that if the series $\sum _{q \ge 1} q \Psi (q)$ converges, then the set $\mathcal {K} (\Psi )$ has zero Lebesgue measure. We show that, for almost every real number $\alpha $, there is a function $\Psi $ which satisfies good “regularity” conditions, such that the series $\sum _{q \ge 1} q \Psi (q)$ converges but the inequality $|\alpha - p/q| < \Psi (q)$ has infinitely many rational solutions $p/q$. We also compute Hausdorff dimensions of sets of exceptions to our results (in terms of the regularity conditions on $\Psi $).
Approximation diophantienne, théorème de Khintchine, théorie métrique des nombres.
Diophantine approximation, Khintchin's theorem, metric number theory.