« Zéro » : différence entre les versions

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{{Unicode}}
{{Unicode}}
{{Voir homonymes|Zéro (homonymie)}}
{{Voir homonymes|Zéro (homonymie)}}

{{Infobox Nombre
| nom=0
| cardinal=zéro
| ordinal=zéroième<ref>{{CNRTL|zéroième}}.</ref>
| préfgrec=
| préflatin=
| adverbe=
| advlatin=
| multlatin=
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| décomposition=aucun
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|numzh=〇, 零, 洞
|numarabe=٠
}}
'''Zéro''' est un [[chiffre]] et un [[nombre]]. Son nom a été emprunté en 1485 à l’italien ''zero'', contraction de ''zefiro'', issu du latin médiéval ''zephirum'', qui représente une transcription de l’arabe ''ṣĭfr'' (صفر), le vide<ref>Le Robert historique de la langue française, 1992, 1998.</ref> (qui en français a également donné ''chiffre''). Le zéro est noté sous forme d’une figure fermée simple : '''0'''.

En tant que ''chiffre'', il est utilisé pour {{citation|garder le rang}}<ref>Selon l'expression de Muhammad Ibn Ahmad dans son ouvrage ''Les Clés des Sciences'' rédigé en 976 et cité par JC Risler dans « La civilisation arabe », Payot, Paris, 1955.</ref> et marquer une position vide dans l’écriture des nombres en [[notation positionnelle]].

En tant que ''[[nombre]]'', zéro est un objet [[mathématique]] permettant d’exprimer une absence comme une quantité nulle : c'est le nombre d'éléments de l’[[ensemble vide]]. Il est le plus petit des [[entiers naturels|entiers positifs ou nuls]]. Ses propriétés arithmétiques particulières, notamment l’impossibilité de la [[division par zéro]], impliquent parfois de traiter son cas à part. Il sépare les [[nombres réels]] en positifs et négatifs et tient lieu d’origine pour [[repère (mathématiques)|repérer]] des points sur la droite réelle.

En algèbre, 0 est souvent utilisé comme symbole pour désigner l’[[élément neutre]] pour l’addition dans la plupart des [[groupe abélien|groupes abéliens]] et en particulier dans les [[anneau unitaire|anneaux]], [[corps commutatif|corps]], [[espace vectoriel|espaces vectoriels]] et [[algèbre sur un anneau|algèbres]], parfois sous le nom d’''élément nul''. Il est aussi l'[[élément absorbant]] pour la multiplication.

Les [[Babylone|Babyloniens]] ont utilisé les premiers, un peu plus de {{nombre|200|ans}} {{av JC}}, une forme de chiffre zéro à l’intérieur d’un nombre (par exemple : 304) mais jamais à droite du nombre, ni à gauche. C’est l’[[Inde]] qui perfectionne la numération décimale. Elle n’utilise pas seulement le zéro comme notation à la manière babylonienne, mais aussi comme un nombre avec lequel opérer. La notion et la notation indienne du zéro sont ensuite empruntées par les mathématiciens [[civilisation arabe|arabes]]<ref>Pierre Germa, ''Depuis quand ?'', dictionnaire des inventions. Berger-Levrault, Paris (1979), {{p.}}382 {{ISBN|978-2-7013-0329-1}}.</ref> qui les ont transmises à l'Europe.

Il faut noter la place particulière des [[Mayas]], seuls arithméticiens de l’[[Antiquité]] à définir deux zéros, l’un [[Nombre cardinal|cardinal]], l’autre [[Nombre ordinal|ordinal]], comme l’illustre le verso de la [[plaque de Leyde]]<ref name="un et deux">[[André Cauty]], Jean-Michel Hoppan, ''Et un, et deux zéros mayas'', in ''Pour la science'', Dossier ''mathématiques exotiques'', avril/juin 2005.</ref>.

== Histoire ==
=== Zéro en tant qu'absence d'élément ===

L'une des premières apparitions d'un [[symbole]] pour indiquer l'absence de tout élément se trouve dans l'[[Aṣṭādhyāyī]], traité de [[grammaire]] en [[sanskrit]] attribué au grammairien [[Panini (grammairien)|Pāṇini]] et rédigé au plus tard au {{-s-|IV}} La plupart des formes nominales du sanskrit peuvent être représentées par des segments phonétiques réels selon la séquence [[Radical (linguistique)|racine]] + [[Suffixe (linguistique)|suffixe]] de [[Thème morphologique|thème]] + suffixe [[Flexion (linguistique)|flexionnel]]. Certaines des formes nominales échappent cependant à cette règle. Ainsi le mot ''bajham'' (« partage ») est formé de la racine ''bajh-'' et du suffixe flexionnel ''-am'' sans faire intervenir de suffixe de thème pour sa formation. L'auteur de l'Aṣṭādhyāyī a choisi d'indiquer son absence en la représentant par un symbole<ref>{{Ouvrage | auteur = Robert Henry Robins | titre = Brève histoire de la linguistique | sous-titre = de Platon à Chomsky | éditeur = Editions du Seuil | lieu = Paris | année = 1976 | page = 155-156 | isbn = 9782020044790 | isbn2 = 202004479X}}</ref>.

=== Zéro en tant que chiffre ===
Les [[Système de numération|systèmes de numération]] positionnels sont de bons candidats pour l'apparition du zéro en tant que chiffre. Il est ainsi apparu plusieurs fois dans ceux élaborés par différents peuples et civilisations. Le chiffre zéro n'y est cependant pas nécessaire : des civilisations comme la Chine ou la Mésopotamie s'en sont passé durant des siècles.

Dans la civilisation mésopotamienne, un système sexagésimal de position apparait dès le {{-s|XXI|e}}<ref>{{Chapitre|langue=en|prénom1=Eleanor|nom1=Robson|lien auteur1=Eleanor Robson|titre chapitre=Mesopotamian Mathematics|auteurs ouvrage=[[Victor J. Katz]]|titre ouvrage=The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook|éditeur=[[Princeton University Press]]| année=2007|url=https://books.google.fr/books?id=3ullzl036UEC&pg=PA78}} - {{p.|78}}</ref>. Ce système n'utilisait pas de zéro, ni pour indiquer l'ordre de grandeur, puisqu'ils travaillaient sur un système apparenté à la virgule flottante<ref>{{Article |langue=en |auteur1=Donald E. Knuth|lien auteur=Donald Knuth|titre=Ancient Babylonian Algorithms |périodique=[[Communications of the ACM]]|volume=15 |numéro=7 |mois= juillet|année= 1972|pages=671-677 |lire en ligne=http://dl.acm.org/citation.cfm?doid=361454.361514}} - {{p.|671}}.</ref> ni pour indiquer une absence au sein de la numération où d'autres moyens étaient utilisés comme l'espacement<ref>{{Ouvrage|langue=fr|auteur1=[[Georges Ifrah]]|titre=Histoire universelle des chiffres|lieu=Paris|éditeur=Seghers|année=1981|pages totales=567|isbn=2-221-50205-1}} - Réédition 1994, Éditions Laffont, {{ISBN|2-221-07838-1}} - {{p.|192}}</ref>. La première apparition du zéro en [[Mésopotamie]] semble remonter au {{-s-|III}}, à l’époque des [[Séleucides]]. Il n’était cependant pas utilisé dans les calculs et ne servait que comme chiffre (marquage d’une position vide dans le système de [[numération babylonienne]])<ref>[[Otto Neugebauer]], [[The Exact Sciences in Antiquity|Les Sciences exactes dans l’Antiquité]], 1969, {{nobr|chapitre 1}}. {{p.|20-27}} {{Google Livres|JVhTtVA2zr8C|Lire en ligne|page=220}}.</ref>. Ignoré par les [[Rome antique|Romains]], il fut repris et mieux utilisé encore [[Numération grecque#Le zéro|par les astronomes grecs]].

Les [[Écriture ossécaille|inscriptions sur os et écailles (jiaguwen)]] découvertes dans la région de [[Anyang]], dans l’actuelle [[province du Henan]], à la fin du {{s-|XIX}}, nous apprennent que, dès les {{-sp-|XIV|e|-|XI|e|s}}, les Chinois utilisaient une numération décimale de type « hybride », combinant neuf signes fixes pour les unités de 1 à 9, avec des marqueurs de position particuliers pour les [[dix|dizaines]], [[100 (nombre)|centaines]], [[1000 (nombre)|milliers]] et [[10000 (nombre)|myriades]]. Au {{-s-|I|er}}, en [[Chine antique]], la ''[[numération à bâtons]]'' utilise des espaces entre les chiffres pour représenter les zéros.{{refsou}} Le zéro s'y rencontre tardivement probablement sous influence babylonienne ou grecque<ref>{{article|auteur=Jean-Claude Martzloff|titre=Sur la trace du zéro en Chine…|périodique=Les Génies de la science|numéro=28|année=2006|lire en ligne=https://www.pourlascience.fr/sr/manuscrit-histoire/sur-la-trace-du-zero-en-chine-2305.php}}</ref>.

Une autre présence concerne le système dont nous sommes toujours héritiers, apparue vraisemblablement dans le monde indien au {{s-|III}} ou même avant<ref>{{Chapitre|langue = en|auteur1 = [[Kim Plofker]]|auteurs ouvrage = [[Victor J. Katz]]|titre ouvrage = The mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam|éditeur = Princeton University Press|année = 2007|isbn = 978-0-691-11485-9|lire en ligne = |passage = 396 |titre chapitre = Mathematics in India|sous-titre ouvrage = A sourcebook}}.</ref>. La première trace écrite conservée du 0 se trouverait dans le [[manuscrit de Bakhshali]] ({{IIIe|s}} ou {{sap-|IV}})<ref>Hannah Devlin, [https://www.theguardian.com/science/2017/sep/14/much-ado-about-nothing-ancient-indian-text-contains-earliest-zero-symbol Much ado about nothing: ancient Indian text contains earliest zero symbol], ''The Guardian'' (14 septembre 2017).</ref>.

L'utilisation d'un zéro positionnel est également avéré dans le système de [[numération maya]], au {{s-|IV}}, qui dispose en outre d'un zéro ordinal<ref>[[André Cauty]], ''Numérotations à deux « zéros » chez les Mayas'', Repères, IREM, {{numéro}}41, octobre 2000 ([https://publimath.univ-irem.fr/numerisation/WR/IWR00030/IWR00030.pdf lire en ligne] {{pdf}}), {{p.|37-39}}.</ref>.

=== En tant que nombre ===
Son usage moderne, à la fois comme chiffre et comme nombre, est hérité de l’invention indienne des chiffres [[Numération indienne|nagari]] vers le {{s-|V}}. Le mot indien désignant le zéro était ''śūnya'' (''çûnya''), qui signifie « vide », « espace » ou « vacant ». Le mathématicien et astronome indien [[Brahmagupta]] est le premier à définir le zéro dans son ouvrage [[Brahmasphutasiddhanta|Brâhma Siddhânta]]. Ce mot, d'abord traduit en [[arabe]] par « ṣifr », ce qui signifie « vide » et « grain », a ensuite donné en français les mots [[chiffre]] et zéro (de par la traduction de ''sifr'' en l’italien ''zephiro'', à partir duquel a été formé ''zevero'' qui est devenu ''zero''). {{refnec|La graphie du zéro, d’abord un cercle, est inspirée de la représentation de la voûte céleste}}.

Comme l’indique l’[[étymologie]], son introduction en [[Occident]] est consécutive à la traduction de [[mathématiques arabes]], notamment les travaux d’[[al-Khwarizmi|al-Khwārizmī]], vers le {{s-|VIII}}. En 976, Muhammad Ibn Ahmad, dans ses ''Clés des Sciences'' suggère {{incise|si aucun nombre n'apparait à la place des dizaines}} d'employer un petit cercle pour {{citation|garder le rang}}<ref>JC Risler, ''La civilisation arabe'', Payot, Paris 1955, {{p.|152-153}}.</ref>.

Les chiffres indiens sont importés d’[[Espagne]] en Europe chrétienne aux environs de l’[[1000|an mil]]. Cette introduction a souvent été attribuée à Gerbert d’Aurillac, devenu pape sous le nom de [[Sylvestre II|{{nobr rom|Sylvestre II}}]]. Il est cependant douteux qu'il en ait véritablement été le responsable. Dans tous les cas, le zéro n'est pas encore couramment utilisé en Europe chrétienne, les chiffres indiens servant surtout à marquer les jetons d’[[abaque (calcul)|abaque]] de 1 à 9<ref>{{Ouvrage|auteur = Nadia Ambrosetti|titre = L'eredità arabo-islamica nelle scienze e nelle arti del calcolo dell'Europa medievale|année = 2008|lieu = Milan|isbn = 978-88-7916-388-0|lire en ligne = {{Google Livres|wp23Le5nxMEC|page=96}}|éditeur = LED|consulté le = 2015-11-23 |langue = it|passage = 96-98}}</ref>.

[[Leonardo Fibonacci]] a une influence déterminante. Il reste plusieurs années à [[Béjaïa]], au [[Maghreb central]] (actuelle [[Algérie]]), et étudie auprès d’un professeur local. Il voyage également en [[Grèce]], en [[Égypte]], dans le [[Proche-Orient]] et confirme l’avis de [[Sylvestre II|{{nobr rom|Sylvestre II}}]] sur les avantages de la ''numération de position''. En 1202, il publie le ''[[Liber Abaci]]'', recueil qui rassemble pratiquement toutes les connaissances mathématiques de l’époque et qui, malgré son nom, enseigne à calculer sans [[Abaque (calcul)|abaque]].

Dans son ouvrage ''Zéro, la biographie d'une idée dangereuse'', [[Charles Seife]] explique en quoi le zéro a permis la compréhension de nombreux concepts dans plusieurs domaines en plus des mathématiques, notamment la [[thermodynamique]] et la [[mécanique quantique]] ; entre autres, les travaux de [[Isaac Newton]], [[Gottfried Wilhelm Leibniz]], [[Richard Swineshead]] et [[Nicole Oresme]] à propos des suites mathématiques, lient étroitement zéro avec l'[[infini]].

=== Les deux zéros des Mayas ===
{| class="wikitable right"
! Signe || Sens
|-
| [[Image:MAYA-g-num-0-inc-v1.svg]] || 0 ordinal : dates
|-
| [[Image:0 maia.svg]] || 0 cardinal : durées
|}
{{Article détaillé|contenu=La page « [[Numération maya]] » comporte une section de même titre plus détaillée}}
Le zéro est utilisé par les [[Civilisation maya|Mayas]] durant le {{Ier millénaire}}, comme chiffre dans leur système de [[notation positionnelle|numération de position]], comme nombre et comme ordinal dans le calendrier, où il correspond à l’introduction des mois. [[Sylvanus Morley]] a confondu ces deux utilisations dans une transcription unique, négligeant le fait qu’il s’agit de deux concepts et de deux zéros différents<ref name="un et deux"/> : l’un correspond à un zéro ordinal des dates, l’autre est un zéro cardinal des durées<ref>[[André Cauty]], J.-M. Hoppan, É. Trélut, ''Numérotation et action. Le cas des numérotations mayas'', dans ''Journal des anthropologues'', {{numéro}}85-86, 2001 ([http://www.dogma.lu/txt/ET-numeration.pdf lire en ligne] {{pdf}}).</ref>, jamais confondus dans leurs usages par les scribes<ref>[[André Cauty]], ''Numérotations à deux « zéros » chez les Mayas'', Repères, IREM, {{numéro}}41, octobre 2000 ([https://publimath.univ-irem.fr/numerisation/WR/IWR00030/IWR00030.pdf lire en ligne] {{pdf}}).</ref>.

=== Perception animale du nombre zéro ===
{{article détaillé|Intelligence animale#Comptage}}
Des tests appropriés permettent d'évaluer la capacité des animaux à compter, à évaluer si un nombre est plus grand qu'un autre, et même à considérer le zéro (l'absence d'items) comme un nombre inférieur aux autres. Cette capacité a été démontrée chez les [[Perroquet jaco|gris du Gabon]]<ref>{{article| langue=en| périodique=Journal of Comparative Psychology| date=mai 2005| volume=119| numéro=2| pages=197-209| titre=Number comprehension by a grey parrot (Psittacus erithacus), including a zero-like concept| auteur1=Irene M. Pepperberg| auteur2=Jesse D. Gordon| doi=10.1037/0735-7036.119.2.197}}.</ref>, chez les [[macaque rhésus|singes rhésus]]<ref>{{article| langue=en| périodique=Journal of Experimental Psychology. General| date=mai 2009| volume=138| numéro=2| pages=258-269| doi=10.1037/a0015231| titre=Empty sets as part of the numerical continuum: conceptual precursors to the zero concept in rhesus monkeys| auteur1=D. J. Merritt| auteur2=R. Rugani R| auteur3=E. M. Brannon}}.</ref> et chez les [[Apis mellifera|abeilles domestiques]]<ref>{{article| langue=en| titre=Numerical ordering of zero in honey bees| auteur1=Scarlett R. Howard| auteur2=Aurore Avarguès-Weber| auteur3=Jair E. Garcia1| auteur4=Andrew D. Greentree| auteur5=Adrian G. Dyer1| périodique=Science| lien périodique=Science (revue)| date=8 juin 2018| volume=360| numéro=6393| pages=1124-1126| doi=10.1126/science.aar4975}}.</ref>.

== Graphies actuelles ==
La graphie « 0 » n’est pas la seule utilisée dans le monde ; un certain nombre d’[[Système d'écriture|écritures]] {{incise|particulièrement celles des langues du sous-continent indien, du sud-est asiatique et d'extrême orient}} utilisent des graphies différentes.

{|align="center" border="0" cellspacing="0" cellpadding="2" style="background:transparent"
|-
|valign="top"|
{|border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" style="margin:0 0 1em 1em;border:1px #AAA solid;border-collapse:collapse;background:#F9F9F9"
|-
! Écriture !! Chiffre
|-
| [[Alphabet arabe|Arabe occidental]] ||align="center"| {{Uni|0030|script=Arab|styles=1}}
|-
| [[Alphabet arabe|Arabe oriental]] ||align="center"| {{Uni|0660|script=Aran}}
|-
| [[Alphabet persan]] ||align="center"| {{Uni|06F0|script=Aran}}
|-
| [[Bengali|Bengalî]] ||align="center"| {{Uni|09E6|script=Beng}}
|}
|valign="top"|
{|border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" style="margin:0 0 1em 1em;border:1px #AAA solid;border-collapse:collapse;background:#F9F9F9"
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! Écriture !! Chiffre
|-
| [[Birman (langue)|Birman]] ||align="center"| {{Uni|1040|script=Mymr}}
|-
| [[Devanagari]] ||align="center"| {{Uni|0966|script=Deva}}
|-
| [[Alphasyllabaire gujarati|Gujarati]] ||align="center"| {{Uni|0AE6|script=Gujr}}
|-
| [[Gurmukhî]] ||align="center"| {{Uni|0A66|script=Guru}}
|-
| [[Kannara]] ||align="center"| {{Uni|0CE6|script=Knda}}
|}
|valign="top"|
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|-
! Écriture !! Chiffre
|-
| [[Khmer (langue)|Khmer]] ||align="center"| {{Uni|0ED0|script=Khmr}}
|-
| [[Malayalam]] ||align="center"| {{Uni|0D66|script=Mlym}}
|-
| [[Mongol bichig]]<br><small>et dérivées [[Langues mongoliques|mongoliques]] et [[Langues toungouses|toungouses]]</small> ||align="center"| {{Uni|1810|script=Mong}}
|-
| [[Oriya]] ||align="center"| {{Uni|0B66|script=Orya}}
|-
| [[Tamoul]] ||align="center"| {{Uni|0BE6|script=Taml}}
|-
| [[Télougou]] ||align="center"| {{Uni|0C66|script=Telu}}
|}
|valign="top"|
{|border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" style="margin:0 0 1em 1em;border:1px #AAA solid;border-collapse:collapse;background:#F9F9F9"
|-
! Écriture !! Chiffre
|-
| [[Alphabet thaï|Thaï]] ||align="center"| {{Uni|0E50|script=Thai}}
|-
| [[Tibétain]] ||align="center"| {{Uni|0F20|script=Tibt}}
|-
| [[Sinogramme]], version simple<ref>utilisé à la fois en [[chinois simplifié]], [[chinois traditionnel]] et [[japonais]], ainsi qu'autrefois en [[coréen]] et [[vietnamien]]</ref> ||align="center"| {{Uni|3007|script=Hans}}
|-
| [[Sinogramme]], version complexe<ref>utilisé à la fois en [[chinois simplifié]] et [[chinois traditionnel]] et [[japonais]], ainsi qu'autrefois en [[coréen]] et [[vietnamien]], elle est d'avantage utilisée comme forme complexe pour les [[chèque]]s et la [[monnaie]], mais pas que</ref>||align="center"| {{Uni|96F6|script=Hant}}
|}
|}
Voici le zéro en [[afficheur 7 segments]] :
<gallery widths="40" perrow="5" heights="40" style="text-align: center;" class="gauche">
Image:7-segment abcdef.svg|
</gallery>
On utilise des conventions typographiques comme le [[zéro barré|zéro barré ou le zéro pointé]] afin d'éviter de confondre ce chiffre avec d'autres [[glyphe]]s.

== Utilisations ==
Il est aujourd’hui à la base du système de mesure de la [[température]] :
* {{température|0|°C}} : température du passage de l’[[eau]] de l’[[état solide]] (glace) à l’[[liquide|état liquide]], à une pression ambiante de {{nombre|1013|[[Pascal (unité)|hPa]]}} dans le système Celsius;
* {{nombre|0|[[Kelvin|K]]}} : [[zéro absolu]], température la plus basse possible ({{température|-273.15|°C}}), pour laquelle {{quoi|l’énergie rotationnelle}}, [[Vibration moléculaire|vibrationnelle]] et [[Énergie cinétique|cinétique]] des [[molécule]]s est nulle.

Il n’y a pas d’[[année zéro]] dans le [[calendrier grégorien]]. En effet, l’usage du {{nobr|nombre 0}} en [[Europe]] est postérieur à la création de l’[[anno Domini]] par [[Dionysius Exiguus]] au {{s-|VI}}. Cependant pour simplifier les calculs d’éphémérides, les [[astronome]]s définissent une {{nobr|année 0}} qui correspond à l’année [[-1]] des historiens, l’an -1 des astronomes correspondant à l’an [[-2]] des historiens et ainsi de suite.

C’est ainsi que le {{IIIe millénaire}} et le {{s-|XXI}} ont commencé le {{date-|1|janvier|2001}}.

[[Minuit]] peut se noter 00:00.

Dans de nombreux [[Langage de programmation|langages de programmation]] (tels le [[C (langage)|C]] ou le [[Python (langage)|Python]]), {{Lien|trad=Zero-based numbering|texte=l'indexation s'effectue à partir de 0}} et non de [[1 (nombre)|1]].
La raison en est que la numérotation d’éléments stockés de façon continue dans une zone de stockage (disque, mémoire{{etc.}}) se fait par décalage par rapport à une adresse de début : le premier élément est celui au début de la zone ({{nobr|+ 0}}), le second élément est le suivant ({{nobr|+ 1}}){{etc.}} L'indexation à partir de 1, encore utilisée par certains logiciels (comme [[MATLAB]]), est la source de nombreuses erreurs de [[programmation]].

{{Ancre|Le zéro comme notation des bases 2, 8, 10, 16...}}

== Le zéro comme notation des bases 2, 8, 10, 16… ==

Dans la [[Système décimal|base dix]] que l’on utilise, le [[chiffre]] le plus à droite indique les [[1 (nombre)|unités]], le deuxième chiffre indique les dizaines, le troisième les centaines, le quatrième les milliers…

Le zéro joue donc un rôle particulier dans le [[Notation positionnelle|système arithmétique positionnel]], quel qu’il soit du reste.

Rappelons que l’usage de la {{nobr|base 10}}, en provenance de l’Inde, s’est imposé en France par rapport à d’autres [[Base (arithmétique)|bases]], par exemple 12 et 60 qui étaient utilisées dans certaines [[civilisation]]s, le [[système vicésimal]] ayant laissé des traces dans la langue française, et le [[système duodécimal]] des modes de calcul chez les Britanniques.

Lorsqu’il y a des unités résiduelles, par exemple dans trente-deux (32), le chiffre des unités (2) permet de comprendre que l’autre chiffre (3) indique les [[dix|dizaines]].

Si l’on a un nombre entier de dizaines (par exemple trois dizaines, trente), il n’y a pas d’unité résiduelle. Il faut donc un caractère qui permette de marquer que le 3 correspond aux dizaines, et ce caractère est le 0 ; c’est ainsi que l’on comprend que « 30 » signifie « trois dizaines ».

On aurait pu utiliser n’importe quel autre caractère, par exemple un point ; ainsi, deux-cent trois se noterait « 2.3 ».

L’utilisation d’un caractère « bouche-trou » remonte à la [[numération babylonienne]], comme indiqué ci-dessus, mais il ne s’agit pas du concept d’« absence de quantité », il s’agit juste d’une commodité de notation. Dans la [[numération romaine]], cet artifice n’est pas utile puisque les unités ({{I}}, {{V}}), les dizaines ({{X}}, {{Rom-maj|L|50}}), les centaines ({{Rom-maj|C|100}}, {{Rom-maj|D|500}}) et les milliers ({{Rom-maj|M|1000}}) sont notés avec des caractères différents. En contrepartie, la notation de nombres supérieurs à {{formatnum:8999}} devient problématique et les [[Reconnaissance de formes|reconnaissances de structures]] pour le [[calcul mental]] rapide bien plus pénibles.

== Le zéro comme absence de quantité ==


Le fait d’exprimer l’[[rien|absence de quantité]] par un nombre n’est pas une évidence en soi. L’absence d’un objet s’exprime par la phrase « il n’y en a pas » (ou « plus »).
Le fait d’exprimer l’[[rien|absence de quantité]] par un nombre n’est pas une évidence en soi. L’absence d’un objet s’exprime par la phrase « il n’y en a pas » (ou « plus »).

Version du 10 mai 2024 à 19:29

−101
Cardinal zéro
Ordinal zéroième[1]
Propriétés
Facteurs premiers aucun
Diviseurs tous les entiers
Système de numération aucun
Autres numérations
Numération romaine inexistant
Numération chinoise 〇, 零, 洞
Numération indo-arabe ٠
Système binaire 0
Système octal 0
Système duodécimal 0
Système hexadécimal 0

Zéro est un chiffre et un nombre. Son nom a été emprunté en 1485 à l’italien zero, contraction de zefiro, issu du latin médiéval zephirum, qui représente une transcription de l’arabe ṣĭfr (صفر), le vide[2] (qui en français a également donné chiffre). Le zéro est noté sous forme d’une figure fermée simple : 0.

En tant que chiffre, il est utilisé pour « garder le rang »[3] et marquer une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.

En tant que nombre, zéro est un objet mathématique permettant d’exprimer une absence comme une quantité nulle : c'est le nombre d'éléments de l’ensemble vide. Il est le plus petit des entiers positifs ou nuls. Ses propriétés arithmétiques particulières, notamment l’impossibilité de la division par zéro, impliquent parfois de traiter son cas à part. Il sépare les nombres réels en positifs et négatifs et tient lieu d’origine pour repérer des points sur la droite réelle.

En algèbre, 0 est souvent utilisé comme symbole pour désigner l’élément neutre pour l’addition dans la plupart des groupes abéliens et en particulier dans les anneaux, corps, espaces vectoriels et algèbres, parfois sous le nom d’élément nul. Il est aussi l'élément absorbant pour la multiplication.

Les Babyloniens ont utilisé les premiers, un peu plus de 200 ans av. J.-C., une forme de chiffre zéro à l’intérieur d’un nombre (par exemple : 304) mais jamais à droite du nombre, ni à gauche. C’est l’Inde qui perfectionne la numération décimale. Elle n’utilise pas seulement le zéro comme notation à la manière babylonienne, mais aussi comme un nombre avec lequel opérer. La notion et la notation indienne du zéro sont ensuite empruntées par les mathématiciens arabes[4] qui les ont transmises à l'Europe.

Il faut noter la place particulière des Mayas, seuls arithméticiens de l’Antiquité à définir deux zéros, l’un cardinal, l’autre ordinal, comme l’illustre le verso de la plaque de Leyde[5].

Histoire

Zéro en tant qu'absence d'élément

L'une des premières apparitions d'un symbole pour indiquer l'absence de tout élément se trouve dans l'Aṣṭādhyāyī, traité de grammaire en sanskrit attribué au grammairien Pāṇini et rédigé au plus tard au IVe siècle av. J.-C. La plupart des formes nominales du sanskrit peuvent être représentées par des segments phonétiques réels selon la séquence racine + suffixe de thème + suffixe flexionnel. Certaines des formes nominales échappent cependant à cette règle. Ainsi le mot bajham (« partage ») est formé de la racine bajh- et du suffixe flexionnel -am sans faire intervenir de suffixe de thème pour sa formation. L'auteur de l'Aṣṭādhyāyī a choisi d'indiquer son absence en la représentant par un symbole[6].

Zéro en tant que chiffre

Les systèmes de numération positionnels sont de bons candidats pour l'apparition du zéro en tant que chiffre. Il est ainsi apparu plusieurs fois dans ceux élaborés par différents peuples et civilisations. Le chiffre zéro n'y est cependant pas nécessaire : des civilisations comme la Chine ou la Mésopotamie s'en sont passé durant des siècles.

Dans la civilisation mésopotamienne, un système sexagésimal de position apparait dès le XXIe siècle av. J.-C.[7]. Ce système n'utilisait pas de zéro, ni pour indiquer l'ordre de grandeur, puisqu'ils travaillaient sur un système apparenté à la virgule flottante[8] ni pour indiquer une absence au sein de la numération où d'autres moyens étaient utilisés comme l'espacement[9]. La première apparition du zéro en Mésopotamie semble remonter au IIIe siècle av. J.-C., à l’époque des Séleucides. Il n’était cependant pas utilisé dans les calculs et ne servait que comme chiffre (marquage d’une position vide dans le système de numération babylonienne)[10]. Ignoré par les Romains, il fut repris et mieux utilisé encore par les astronomes grecs.

Les inscriptions sur os et écailles (jiaguwen) découvertes dans la région de Anyang, dans l’actuelle province du Henan, à la fin du XIXe siècle, nous apprennent que, dès les XIVe – XIe siècles av. J.-C., les Chinois utilisaient une numération décimale de type « hybride », combinant neuf signes fixes pour les unités de 1 à 9, avec des marqueurs de position particuliers pour les dizaines, centaines, milliers et myriades. Au Ier siècle av. J.-C., en Chine antique, la numération à bâtons utilise des espaces entre les chiffres pour représenter les zéros.[réf. souhaitée] Le zéro s'y rencontre tardivement probablement sous influence babylonienne ou grecque[11].

Une autre présence concerne le système dont nous sommes toujours héritiers, apparue vraisemblablement dans le monde indien au IIIe siècle ou même avant[12]. La première trace écrite conservée du 0 se trouverait dans le manuscrit de Bakhshali (IIIe ou IVe siècle apr. J.-C.)[13].

L'utilisation d'un zéro positionnel est également avéré dans le système de numération maya, au IVe siècle, qui dispose en outre d'un zéro ordinal[14].

En tant que nombre

Son usage moderne, à la fois comme chiffre et comme nombre, est hérité de l’invention indienne des chiffres nagari vers le Ve siècle. Le mot indien désignant le zéro était śūnya (çûnya), qui signifie « vide », « espace » ou « vacant ». Le mathématicien et astronome indien Brahmagupta est le premier à définir le zéro dans son ouvrage Brâhma Siddhânta. Ce mot, d'abord traduit en arabe par « ṣifr », ce qui signifie « vide » et « grain », a ensuite donné en français les mots chiffre et zéro (de par la traduction de sifr en l’italien zephiro, à partir duquel a été formé zevero qui est devenu zero). La graphie du zéro, d’abord un cercle, est inspirée de la représentation de la voûte céleste[réf. nécessaire].

Comme l’indique l’étymologie, son introduction en Occident est consécutive à la traduction de mathématiques arabes, notamment les travaux d’al-Khwārizmī, vers le VIIIe siècle. En 976, Muhammad Ibn Ahmad, dans ses Clés des Sciences suggère — si aucun nombre n'apparait à la place des dizaines — d'employer un petit cercle pour « garder le rang »[15].

Les chiffres indiens sont importés d’Espagne en Europe chrétienne aux environs de l’an mil. Cette introduction a souvent été attribuée à Gerbert d’Aurillac, devenu pape sous le nom de Sylvestre II. Il est cependant douteux qu'il en ait véritablement été le responsable. Dans tous les cas, le zéro n'est pas encore couramment utilisé en Europe chrétienne, les chiffres indiens servant surtout à marquer les jetons d’abaque de 1 à 9[16].

Leonardo Fibonacci a une influence déterminante. Il reste plusieurs années à Béjaïa, au Maghreb central (actuelle Algérie), et étudie auprès d’un professeur local. Il voyage également en Grèce, en Égypte, dans le Proche-Orient et confirme l’avis de Sylvestre II sur les avantages de la numération de position. En 1202, il publie le Liber Abaci, recueil qui rassemble pratiquement toutes les connaissances mathématiques de l’époque et qui, malgré son nom, enseigne à calculer sans abaque.

Dans son ouvrage Zéro, la biographie d'une idée dangereuse, Charles Seife explique en quoi le zéro a permis la compréhension de nombreux concepts dans plusieurs domaines en plus des mathématiques, notamment la thermodynamique et la mécanique quantique ; entre autres, les travaux de Isaac Newton, Gottfried Wilhelm Leibniz, Richard Swineshead et Nicole Oresme à propos des suites mathématiques, lient étroitement zéro avec l'infini.

Les deux zéros des Mayas

Signe Sens
0 ordinal : dates
0 cardinal : durées

Le zéro est utilisé par les Mayas durant le Ier millénaire, comme chiffre dans leur système de numération de position, comme nombre et comme ordinal dans le calendrier, où il correspond à l’introduction des mois. Sylvanus Morley a confondu ces deux utilisations dans une transcription unique, négligeant le fait qu’il s’agit de deux concepts et de deux zéros différents[5] : l’un correspond à un zéro ordinal des dates, l’autre est un zéro cardinal des durées[17], jamais confondus dans leurs usages par les scribes[18].

Perception animale du nombre zéro

Des tests appropriés permettent d'évaluer la capacité des animaux à compter, à évaluer si un nombre est plus grand qu'un autre, et même à considérer le zéro (l'absence d'items) comme un nombre inférieur aux autres. Cette capacité a été démontrée chez les gris du Gabon[19], chez les singes rhésus[20] et chez les abeilles domestiques[21].

Graphies actuelles

La graphie « 0 » n’est pas la seule utilisée dans le monde ; un certain nombre d’écritures — particulièrement celles des langues du sous-continent indien, du sud-est asiatique et d'extrême orient — utilisent des graphies différentes.

Écriture Chiffre
Arabe occidental 0
Arabe oriental ٠
Alphabet persan ۰
Bengalî
Écriture Chiffre
Birman
Devanagari
Gujarati
Gurmukhî
Kannara
Écriture Chiffre
Khmer
Malayalam
Mongol bichig
et dérivées mongoliques et toungouses
Oriya
Tamoul
Télougou
Écriture Chiffre
Thaï
Tibétain
Sinogramme, version simple[22]
Sinogramme, version complexe[23]

Voici le zéro en afficheur 7 segments :

On utilise des conventions typographiques comme le zéro barré ou le zéro pointé afin d'éviter de confondre ce chiffre avec d'autres glyphes.

Utilisations

Il est aujourd’hui à la base du système de mesure de la température :

Il n’y a pas d’année zéro dans le calendrier grégorien. En effet, l’usage du nombre 0 en Europe est postérieur à la création de l’anno Domini par Dionysius Exiguus au VIe siècle. Cependant pour simplifier les calculs d’éphémérides, les astronomes définissent une année 0 qui correspond à l’année -1 des historiens, l’an -1 des astronomes correspondant à l’an -2 des historiens et ainsi de suite.

C’est ainsi que le IIIe millénaire et le XXIe siècle ont commencé le .

Minuit peut se noter 00:00.

Dans de nombreux langages de programmation (tels le C ou le Python), l'indexation s'effectue à partir de 0 (en) et non de 1. La raison en est que la numérotation d’éléments stockés de façon continue dans une zone de stockage (disque, mémoire, etc.) se fait par décalage par rapport à une adresse de début : le premier élément est celui au début de la zone (+ 0), le second élément est le suivant (+ 1), etc. L'indexation à partir de 1, encore utilisée par certains logiciels (comme MATLAB), est la source de nombreuses erreurs de programmation.

Le zéro comme notation des bases 2, 8, 10, 16…

Dans la base dix que l’on utilise, le chiffre le plus à droite indique les unités, le deuxième chiffre indique les dizaines, le troisième les centaines, le quatrième les milliers…

Le zéro joue donc un rôle particulier dans le système arithmétique positionnel, quel qu’il soit du reste.

Rappelons que l’usage de la base 10, en provenance de l’Inde, s’est imposé en France par rapport à d’autres bases, par exemple 12 et 60 qui étaient utilisées dans certaines civilisations, le système vicésimal ayant laissé des traces dans la langue française, et le système duodécimal des modes de calcul chez les Britanniques.

Lorsqu’il y a des unités résiduelles, par exemple dans trente-deux (32), le chiffre des unités (2) permet de comprendre que l’autre chiffre (3) indique les dizaines.

Si l’on a un nombre entier de dizaines (par exemple trois dizaines, trente), il n’y a pas d’unité résiduelle. Il faut donc un caractère qui permette de marquer que le 3 correspond aux dizaines, et ce caractère est le 0 ; c’est ainsi que l’on comprend que « 30 » signifie « trois dizaines ».

On aurait pu utiliser n’importe quel autre caractère, par exemple un point ; ainsi, deux-cent trois se noterait « 2.3 ».

L’utilisation d’un caractère « bouche-trou » remonte à la numération babylonienne, comme indiqué ci-dessus, mais il ne s’agit pas du concept d’« absence de quantité », il s’agit juste d’une commodité de notation. Dans la numération romaine, cet artifice n’est pas utile puisque les unités (I, V), les dizaines (X, L), les centaines (C, D) et les milliers (M) sont notés avec des caractères différents. En contrepartie, la notation de nombres supérieurs à 8 999 devient problématique et les reconnaissances de structures pour le calcul mental rapide bien plus pénibles.

Le zéro comme absence de quantité

Le fait d’exprimer l’absence de quantité par un nombre n’est pas une évidence en soi. L’absence d’un objet s’exprime par la phrase « il n’y en a pas » (ou « plus »).

Les nombres sont déjà une abstraction : on ne s’intéresse pas à la qualité d’un objet, mais uniquement à sa quantité, sa dénombrabilité (le fait que des objets soient similaires mais distincts). Le zéro décrit le concept abstrait du déni ou de l'absence de quantité.

Lorsque l’on additionne ou multiplie deux nombres, on peut rationaliser l'opération comme un regroupement de deux tas d’objets semblables, deux troupeaux, etc. Cette image ne tient plus lorsque l’on manipule le zéro.

L’invention du zéro a permis l’invention des nombres négatifs.

Propriétés arithmétiques et algébriques

Zéro est le premier nombre entier naturel, dans l'ordre usuel.

Il est divisible par tout autre entier relatif.

Pour tout nombre réel (ou complexe)  :

  • a + 0 = 0 + a = a (0 est élément neutre pour l’addition) ;
  • a × 0 = 0 × a = 0' (0 est élément absorbant pour la multiplication) ;
  • si a ≠ 0 alors a0 = 1 ;
  • 00 est considéré tantôt comme égal à 1 (en algèbre et en théorie des ensembles)[24], tantôt comme indéfini pour l'évaluation des limites en analyse (c’est une forme indéterminée du calcul des limites) ;
  • la factorielle de 0 est égale à 1 ;
  • a + (–a) = 0 ;
  • a/0 est non défini (voir article division par zéro) ;
  • 0/0 non défini, en remarquant toutefois que le calcul dx/dy lorsque les deux valeurs tendent vers zéro est la base du calcul différentiel ;
  • Pour tout entier n > 0, la racine n-ième de 0 est égale à 0 ;
  • Zéro est le seul nombre qui est à la fois réel, positif, négatif et imaginaire pur.

Usage étendu de zéro en mathématiques

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « 0 » (voir la liste des auteurs).
  1. Informations lexicographiques et étymologiques de « zéroième » dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales.
  2. Le Robert historique de la langue française, 1992, 1998.
  3. Selon l'expression de Muhammad Ibn Ahmad dans son ouvrage Les Clés des Sciences rédigé en 976 et cité par JC Risler dans « La civilisation arabe », Payot, Paris, 1955.
  4. Pierre Germa, Depuis quand ?, dictionnaire des inventions. Berger-Levrault, Paris (1979), p. 382 (ISBN 978-2-7013-0329-1).
  5. a et b André Cauty, Jean-Michel Hoppan, Et un, et deux zéros mayas, in Pour la science, Dossier mathématiques exotiques, avril/juin 2005.
  6. Robert Henry Robins, Brève histoire de la linguistique : de Platon à Chomsky, Paris, Editions du Seuil, (ISBN 9782020044790 et 202004479X), p. 155-156
  7. (en) Eleanor Robson, « Mesopotamian Mathematics », dans Victor J. Katz, The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook, Princeton University Press, (lire en ligne) - p. 78
  8. (en) Donald E. Knuth, « Ancient Babylonian Algorithms », Communications of the ACM, vol. 15, no 7,‎ , p. 671-677 (lire en ligne) - p. 671.
  9. Georges Ifrah, Histoire universelle des chiffres, Paris, Seghers, , 567 p. (ISBN 2-221-50205-1) - Réédition 1994, Éditions Laffont, (ISBN 2-221-07838-1) - p. 192
  10. Otto Neugebauer, Les Sciences exactes dans l’Antiquité, 1969, chapitre 1. p. 20-27 Lire en ligne sur Google Livres.
  11. Jean-Claude Martzloff, « Sur la trace du zéro en Chine… », Les Génies de la science, no 28,‎ (lire en ligne)
  12. (en) Kim Plofker, « Mathematics in India », dans Victor J. Katz, The mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam : A sourcebook, Princeton University Press, (ISBN 978-0-691-11485-9), p. 396.
  13. Hannah Devlin, Much ado about nothing: ancient Indian text contains earliest zero symbol, The Guardian (14 septembre 2017).
  14. André Cauty, Numérotations à deux « zéros » chez les Mayas, Repères, IREM, no 41, octobre 2000 (lire en ligne [PDF]), p. 37-39.
  15. JC Risler, La civilisation arabe, Payot, Paris 1955, p. 152-153.
  16. (it) Nadia Ambrosetti, L'eredità arabo-islamica nelle scienze e nelle arti del calcolo dell'Europa medievale, Milan, LED, (ISBN 978-88-7916-388-0, lire en ligne), p. 96-98
  17. André Cauty, J.-M. Hoppan, É. Trélut, Numérotation et action. Le cas des numérotations mayas, dans Journal des anthropologues, no 85-86, 2001 (lire en ligne [PDF]).
  18. André Cauty, Numérotations à deux « zéros » chez les Mayas, Repères, IREM, no 41, octobre 2000 (lire en ligne [PDF]).
  19. (en) Irene M. Pepperberg et Jesse D. Gordon, « Number comprehension by a grey parrot (Psittacus erithacus), including a zero-like concept », Journal of Comparative Psychology, vol. 119, no 2,‎ , p. 197-209 (DOI 10.1037/0735-7036.119.2.197).
  20. (en) D. J. Merritt, R. Rugani R et E. M. Brannon, « Empty sets as part of the numerical continuum: conceptual precursors to the zero concept in rhesus monkeys », Journal of Experimental Psychology. General, vol. 138, no 2,‎ , p. 258-269 (DOI 10.1037/a0015231).
  21. (en) Scarlett R. Howard, Aurore Avarguès-Weber, Jair E. Garcia1, Andrew D. Greentree et Adrian G. Dyer1, « Numerical ordering of zero in honey bees », Science, vol. 360, no 6393,‎ , p. 1124-1126 (DOI 10.1126/science.aar4975).
  22. utilisé à la fois en chinois simplifié, chinois traditionnel et japonais, ainsi qu'autrefois en coréen et vietnamien
  23. utilisé à la fois en chinois simplifié et chinois traditionnel et japonais, ainsi qu'autrefois en coréen et vietnamien, elle est d'avantage utilisée comme forme complexe pour les chèques et la monnaie, mais pas que
  24. Pour en finir avec 00 sur forums.futura-sciences.com

Voir aussi

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Articles connexes

Bibliographie

  • Georges Ifrah, Histoire universelle des chiffres, l’intelligence des hommes racontée par les nombres et le calcul, Robert Laffont, collection Bouquins. (ISBN 978-2-221-90100-7). Tome 1, 1 042 pages, tome 2, 1 010 pages. Janvier 1994. (illustrations en couleur)
  • Charles Seife, Zéro : la biographie d’une idée dangereuse, Paris, Hachette, (ISBN 978-2-01-279192-3).

Radiographie

Vidéographie