L’argument diagonal revient à repérer un point fixe
Jean-Yves Girard, dans son cours de logique1 met l’accent sur le fait que la méthode de la diagonalisation, repose
toujours sur le repérage d’un point fixe pour une certaine fonction :
L’argument diagonal :
Cet argument consiste, à partir de fonctions g(z) et f(x,y) à former h(x)=g(f(x,x)) ; si par hasard on peut
mettre h sous la forme h(x)=f(x,a), on obtient h(a) = f(a,a) = g(f(a,a)), un point fixe de g, ce qui est
évidemment inattendu. En fonction du contexte, on en tirera diverses conclusions, le plus souvent
paradoxales.
Les parties de N sont innombrables :
Ce raisonnement très général sert, par exemple, à démontrer que l’ensemble des parties de N n’est pas
dénombrable :
Supposons que toute partie de N puisse être numérotée.
Par exemple : X1 = {1, 3, 5,…} : les nombres impairs
X2 = {1, 4, 7, 10,…} : les multiples de 3 + 1
X3 = {1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, …} : les nombres premiers
X4 = {1, 25, 1025, 12} : quatre nombres quelconques
….
Ceci pour faire observer qu’il y a beaucoup de parties Xi de N et que la numérotation des Xi est parfaitement
arbitraire.
On définit alors la fonction f(n,m) comme suit :
f(n, m) = 1 si n fait partie de l’ensemble Xm
f(n, m) = 0 si n ne fait pas partie de l’ensemble Xm
Par exemple : f(4, 2) = 1 ; f(8, 3) = 0.
On définit ensuite g comme la négation booléenne : g(1) = 0, g(0) = 1.
Il en résulte que h(n) = g(f(n,n) est égale à 1 lorsque n est le numéro d’une partie de N qui contient son propre
numéro. égale à 0 dans le cas contraire. Ainsi, dans les exemples ci-dessus, h(1) = 1, h(2) = 0, h(3) = 1, h(4) = 0.
Soit alors a le numéro de l’ensemble des numéros des ensembles qui ne contiennent pas leur propre numéro :
Xa={ n|f(n, n ) = 0 } = {n|n ne fait pas partie de Xn}
On constate qu’on a bien :
h(n) = g(f(n,n)) = f(x,a) et donc h(a) = g(f(a, a)) = f(a, a)
Le nombre f(a, a) qui peut valoir 1 ou 0 est un point fixe pour la fonction négation g, qui , par définition n’en a
pas !
On en conclut que l’ensemble des parties de N n’est pas numérotable, ou que la liste des Xi est nécessairement
incomplète.
Les réels compris entre 0 et 1 sont innombrables :
Ici, la fonction f(n,m) est définie comme un nombre entier : la n-ième décimale du m-ième nombre de la liste
qu’on suppose écrite des nombres réels compris entre 0 et 1.
g(n) sera définie comme le nombre entier immédiatement supérieur à n, modulo 10 : g(0) = 1, g(1) = 2, … , g(9) =
0.
Par définition, h(n) = g(f(n, n)), mais h(n,) peut aussi s’écrire f(n,a), à condition de définir a comme le numéro
(entier) du nombre (réel) tel que :
1 Jean-Yves Girard, Le point aveugle, Cours de Logique 1 septembre 2006