È possibile trovare nella successione delle cifre decimali di un numero irrazionale, in particolare di π, qualsiasi sequenza finita di cifre?
Sia α un numero reale e sia Bk una successione di k cifre decimali. Indichiamo con AN(Bk) il numero di "blocchi" uguali a Bk (che possono anche essere parzialmente sovrapposti) contenuti nella successione delle prime N cifre decimali di α. Se ad esempio B3=123 e α =0,37639863112312441231... abbiamo A20( B3) =2. Se, per ogni k e per ogni scelta di Bk, si ha
diciamo che il numero α è normale. Quindi un numero è normale se qualsiasi blocco di cifre appare con la dovuta regolarità (10 - k è la probabilità che un blocco di k cifre preso a caso sia uguale Bk). È chiaro che nessun numero razionale è normale, cosí come è chiaro che esistono numeri irrazionali non normali (è più che sufficiente che una data cifra non sia mai presente). Vale tuttavia il seguente risultato.
Teorema. Quasi (nel senso della misura di Lebesgue) ogni numero reale è normale.Il risultato più importante sulle successioni uniformemente distribuite è forse il teorema di Hermann Weyl, che le collega allo studio delle somme esponenziali.
Criterio di Weyl. Una successione aj a valori in [0,1] è uniformemente distribuita se e solo se per ogni k≠ 0 (intero) si ha
La dimostrazione dipende dalla completezza del sistema trigonometrico, ma è interessante osservare che l'enunciato riguarda una somma di numeri complessi di modulo 1 , che è piccola quanto più i numeri sono "ben disposti" sulla circonferenza unitaria.
Il criterio di Weyl permette ad esempio di dimostrare che per ogni numero irrazionale β la successione { jβ} delle parti frazionarie dei numeri j β è uniformente distribuita su [0,1].
Quest'ultimo risultato ammette un'estensione interessante.
Teorema. Sia pj una successione di numeri interi distinti. Allora, per quasi ogni numero reale α , la successione {pjα } delle parti frazionarie dei numeri pjα è uniformemente distribuita su [0,1].
Scegliendo pj=10j si arriva così allo studio dei numeri normali.