Pierre Joseph Louis Fatou, né le 28 février 1878 à Lorient et mort le 10 août 1929 à Pornichet, est un mathématicien et astronome français.
Fils aîné de Jean-Baptiste Ambroise Fatou (1786-1858), bisaïeul de Robert Fatou capitaine de vaisseau, brillant élève du lycée de Lorient, puis, en classes préparatoires, au Collège Stanislas, reçu à l’École normale supérieure en 1898, agrégé de mathématiques en 1901, obtient dès sa sortie de l'école un poste d'aide-astronome (puis d’astronome-adjoint) à l’observatoire de Paris.
Il mène une double activité d'astronome et de mathématicien. Il soutient en 1907 une thèse de doctorat intitulée Séries trigonométriques et séries de Taylor, dans laquelle il utilise la théorie de l'intégrale de Lebesgue que celui-ci vient de créer.
Dès 1906, il commence des recherches sur l'itération des fractions rationnelles et obtient les premiers résultats globaux sur cette question. Il reprend la question en 1917, après que l'Académie des sciences eut déclaré un Grand prix des sciences mathématiques sur ce sujet. Il publie deux notes aux Comptes rendus de l'Académie des sciences avec des résultats nouveaux. Simultanément, le mathématicien Gaston Julia dépose des plis cachetés contenant des résultats analogues. Après que Julia eut réclamé et obtenu la priorité en décembre 1917, Fatou continue à travailler sur le sujet mais renonce à concourir pour le prix, laissant la voie libre à Julia (qui obtint le prix). Il publie ses résultats dans trois gros articles parus en 1919 et 1920.
Pierre Fatou publie des articles mathématiques sur l'analyse complexe et la mécanique céleste et un livre sur les groupes fuchsiens (le volume 2 du traité dit d'Appell et Goursat); il réalise de nombreuses observations astronomiques, notamment d'étoiles doubles.
Malgré tous ces travaux, sa carrière est lente et modeste: Il ne devient astronome-titulaire qu'en 1928, un an avant sa mort.
Il est un membre très actif de la Société mathématique de France, dont il devient membre en 1904 et qu'il préside en 1926.
Il est titulaire de la Légion d'honneur. Une allée porte son nom au jardin conservatoire du Château de Soye à Ploemeur (banlieue de Lorient).

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