Inclassables Mathématiques 2.0

Je ne connaissais pas ce théorème mais il est génial et utilisable par les plus petits.

Il suffit de prendre une feuille de papier pointé et d'y tracer un polygone aux sommets de coordonnées entières, comme dans l'exemple suivant :

* On peut facilement calculer son aire de façon additive à l'aide des pointillés.

Ce polygone est constitué d'un grand rectangle d'aire 12 et de deux petits carrés d'aire 1 soit 12+1+1=14.

Il est aussi constiué de 3 triangles d'aire la moitié des aires des rectangles (ou carrés) associés soit: 2+1+1=4.

L'aire de ce polygone est donc de 14+4=18.

* Utilisons maintenant le théorème de Pick:

Déterminons le nombre de points intérieurs à ce polygone : 10

Calculons la moitié du nombre de points du contour : 18/2=9

Enlevons 1

10+9-1=18

Surprenant et simple non ?

C'est drôle, c'est en musique, en chansons et en espagnol et c'est génial !

La source : Francis (th)E mule Science's News

Souvent le découvreur ou le diffuseur d'un théorème est éponyme. Qui ne connaît pas le théorème de Thalès ou de Pythagore? Mais certains théorèmes possèdent des noms assez surprenants. J'en ai trouvé quelques uns, mais pas énormément comme je l'aurai pensé initialement. Une explication en langue usuelle est donnée dans chacun des cas. Les mathématiques sous-jacentes à l'énoncé de ces théorèmes ne sont pas toutes simples, et je ne doute pas que le spécialiste se documentera sur la question. Si vous en connaissez d'autres, ils seront les bienvenus...

Le théorème des gendarmes

Il est très connu des élèves de lycée.  Lorsque l'on est entre deux gendarmes et qu'ils se dirigent vers le même endroit, on n'a pas d'autre choix que d'y aller aussi.

Photo: www.ahgv.ch

Le théorème du toit

Il est aussi très connu des élèves de lycée. Deux plans sécants de l'espace représentent le toit en question et l'intersection le faitage. Deux droites parallèles incluses respectivement danschacun des deux plans, comme par exemple des goutières, sont parallèles au faitage ( à la droite d'intersection des deux  plans ).

Photo: Édouard BERGÉ

Le théorème des restes chinois

D'un niveau bien plus élevé que les précédents, il est ainsi nommé car il permet de répondre à la question suivante : Combien l'armée de Han Xing comporte-t-elle de soldats si, rangés par 3 colonnes, il reste deux soldats, rangés par 5 colonnes, il reste trois soldats et, rangés par 7 colonnes, il reste deux soldats ?

Photo : Laurent van Roy

Les mathématiciens aiment colorier. Peut-être n'ont-ils pas eu le temps de le faire à l'école, alors ils rattrapent le temps perdu.

Dès 1852, l'un d'entre eux se demanda combien il fallait de couleurs pour colorier tous les pays de n'importe quelle carte sans que deux pays voisins n'aient la même couleur. Le problème est capital car dans le cas contraire on ne pourrait plus distinguer ces deux pays après coloriage. Il pensa que quatre devait être suffisant. Beaucoup de mathématiciens prirent aussi leurs crayons de couleurs et se mirent d'accord sur le nombre : 4 doit convenir mais ils ne s'accordèrent qu'à moitié sur la preuve car celle-ci faisait intervenir un bien étrange "personnage": un ordinateur. Bref après quelques guéguerres internes sur le style, l'incontournable boite aux quatre crayons nécessaire pour colorier toutes les cartes planes imaginables de l'univers s'appelle désormais "Théorème des quatre couleurs".

Malgré  la difficulté de la preuve et des conversations qui lui étaient associée, les mathématiciens s'ennuyaient un peu. C'est ainsi qu'en 1950, un certain Edward Nelson, agé de seulement 18 ans, lança un autre coloriage encore en vogue pour les occuper.

D'un air sans doute amusé, il soumit à la communauté, le petit problème suivant :

Combien faut-il de couleurs différentes pour colorier chaque point du plan, de façon que deux points distants d'une unité n'aient pas la même couleur?

Si les mathématiciens étaient troublés, ce n'était pas parce qu'ils se demandaient avec quel type de crayon ils allaient réaliser cet étrange travail mais plutôt pourquoi est-ce qu'ils avaient seulement réussi à démontrer qu'il fallait au moins 4 couleurs et au plus 7 pour réaliser cette activité presque manuelle? Ils ne parvenaient pas à donner le nombre exact de couleurs minimal dont ils avaient besoin pour colorier les points du plan avec cette contrainte: 4,5,6 ou 7?

Alors d'où vient la difficulté? Certainement de la théorie des ensembles à laquelle on peut adjoindre différentes versions de l'axiome du choix ou au contraire  l'en priver.

L'axiome du choix dit qu'il est possible de prélever des éléments d'ensembles différents et de construire un autre ensemble. Si l'idée parait simpliste lorsque les ensembles sont finis, elle ne l'est pas lorsqu'ils deviennent infinis.

Bertrand Russel, nous donne une vague idée de ce que peut-être l'axiome du choix au quotidien :

Pour choisir une chaussette plutôt que l'autre pour chaque paire d'une collection infinie, on a besoin de l'axiome du choix. Mais pour les chaussures, ce n'est pas la peine.

Explication :

• Quand on dispose d'une paire de chaussettes quelconque, on n'a aucun moyen a priori de distinguer une chaussette de l'autre, ce sont des objets a priori identiques et même si chaque matin on arrive à choisir laquelle on va mettre en premier, on serait bien en peine de trouver un procédé général qui nous permette de renouveler l'exploit éternellement.
• Pour les chaussures, il existe un moyen de choisir qui marche tout le temps (une fonction de choix naturelle) : choisir toujours la chaussure gauche (ou droite) puisqu'il y a toujours une chaussure gauche et une chaussure droite.

Cet axiome du choix est vraiment un élement trouble-fête. Il avait déjà permis à un étrange mathématicien peu scrupuleux de s'enrichir.

Il s'est aussi mis sur le chemin de deux mathématiciens Soifer et Shelah qui parvinrent à démontrer qu'en utilisant deux versions différentes de cet axiome, il fallait pour résoudre le même problème de coloriage, soit 2 couleurs, soit une infinité! C'est le grand écart.

Tout cela pour vous dire que les mathématiciens ont vraiment des "gros problèmes de coloriage"!

Inspiré de - Coloriages irréels - Complexités de Jean-Paul Delahaye aux éditions Pour la Science

Pour compléter sur l'axiome du choix :

Du choix dans la dissection -  sur le blog Choux romanesco et intégrale curviligne

Quelques symétries et autres fractales, une magnifique galerie flikr  des maîtres de l'origami à visiter ICI

C'est un modèle de Jun Maekawa qui est d'ailleurs l'auteur d'un théorème  qui porte son nom :

If one looks inside a flat origami without unfolding it, one sees a zigzagged profile, determined by an alternation of "mountain-creases" and "valley-creases." The numbers of mountains and valleys always differ by 2.

Le Palais de la Découverte de Paris nous propose plusieurs points d'accès aux mathématiques.

Le premier se fait au travers  des formes mathématiques ICI et en ce moment de la présentation de la courbe du jour et de plus de 150 courbes algébriques transcendantes ou ornementales. Il est possible d'imprimer une fiche en format PDF de chacune d'entre elles avec un brève explication : ICI

On y trouvera aussi :

Montre-moi des théorèmes
Les origines des mathématiques se perdent dans la nuit des temps : architectes, commerçants, ou autres corporations, ont découvert très tôt, chacun dans ses domaines, des résultats mathématiques, des techniques, des recettes qu’ils se transmettaient oralement.
6 animations du théorème de Pythagore : ICI


Somme des angles d’un triangle sphérique
Nous avons tous appris, dès le plus jeune âge, que la somme des angles d'un triangle ... vaut 180°. Oui mais les astronomes et les navigateurs savent depuis longtemps que leurs droites sont souvent tracées sur une sphère ; un triangle sur la sphère s'obtient par intersections deux à deux de trois grands cercles, qui jouent sur la sphère le rôle que jouent les droites sur le plan. Quelle est alors la somme des angles d'un triangle ?

Planter des choux…

Le deuxième point d'entrée est celui des Nombres ICI.

On y trouvera :

Autour du nombre pi
La longue histoire du nombre π commence bien avant qu'Euler ne rende populaire cette notation, due à William Jones, en 1706, bien avant que π (rapport du périmètre au diamètre d'un cercle) ne soit considéré comme un nombre. La quête du nombre π et de ses décimales accompagne toute l'histoire des nombres et de la compréhension des nombres entiers, décimaux, rationnels, irrationnels, algébriques, transcendants. π n'a-t-il qu'un nombre fini de décimales ? En a-t-il une infinité ? 

Les palindromes.
Un palindrome est un mot qui se lit de la même façon de gauche à droite que de droite à gauche : RADAR, LAVAL Ce peut être aussi une phrase, mais alors on ne tient pas compte de ...

Contrairement à une idée largement répandue selon laquelle tout mathématicien se contenterait pour vivre, d'un peu d'eau et de quelque problème ardu, l'exemple suivant nous prouve le contraire et montre même, que comme beaucoup, le mathématicien peut aussi être bassement attiré par les richesses matérielles et le gain d'argent. En mathématiques, on nommerait cela  un contre-exemple qui, à lui seul, a la faculté ( économique elle )  d'invalider la proposition générale.

Dans un article de "Pour la Science" de Juin 1989, le rédacteur de la rubrique "Créations informatiques", E. Dewdney, fait part au public de la réception d'une étrange lettre d'un mathématicien, qui, voulant garder l'anonymat, avait pris le pseudonyme de A. Cranu. Ce dernier appuyait son récit sur le théorème paradoxal de Banach-Tarski affirmant que l'on peut découper un solide en morceaux et obtenir un solide deux fois plus gros ou deux solides identiques.

En fait de paradoxe, le théorème utilise la propriété d'équivalence d'ensembles d'intérieurs non vides et bornés de l'espace à 3 dimensions usuel (  on dirait les volumes ) pour démontrer qu'il est possible de découper l'un d'entre eux et obtenir un solide plus volumineux ou deux solides identiques au premier, tout morceau du volume de départ pouvant être superposé à un morceau du ou des volumes d'arrivée !

Il serait donc possible de prendre une boule, de la découper et d'obtenir une boule plus grosse. A. Cranu explique dans sa mystérieuse lettre, qu'il s'est lancé dans le "grossissement" de la boule...  d'or. Tant qu'à faire, autant que se soit lucratif.

Pour cela, il affirme avoir utilisé son ordinateur personnel pour réaliser ce découpage, car si le théorème indique bien qu'un tel découpage est possible, il ne dit rien sur la façon de le réaliser. En fait les morceaux ressembleraient à des fractales. A. Cranu indique qu'il a eut recours à un générateur de nombres aléatoires en triple précision et à un algorithme qui lui a permis, Ô surprise, de dessiner la forme de ces morceaux et qu'il a vu apparaitre sur son écran une nouvelle boule ayant doublé son volume.

A. Cranu précise qu'il ne put résister à l'idée d'appliquer ces résultats à la découpe d'une boule, bien réelle celle-là, en or massif. Le lendemain, il entama ses économies et fit couler 350 grammes d'or en boule et se dota d'une scie d'orfèvre. A. Cranu affirma avoir travaillé 7 longs mois, jours et nuits, dimanches et jours fériés, pendant lesquels il abima sa vue et reconstruisit la nouvelle boule en suivant le découpage qui lui était proposé par l'ordinateur. L'assemblage lui pris plussieurs semaines, les morceaux les plus intérieurs, étant les plus difficiles à assembler. Il affirme que la nouvelle boule est plus irrégulière que la première, bosselée et laide. Une fois le travail terminé, il l'apporta chez son joaillier qui constata qu'elle pesait... 1406 grammmes. Un peu déçu, car il espérait mieux, A. Cranu n'en fut pas moins ébahi d'avoir créé de l'or.

Ne s'arrétant pas en si bon chemin, A.Cranu affirme dans sa lettre, avoir automatisé le procédé de la construction de grosses boules sur une chaine de montage piloté par ordinateur. L'excès d'or obtenu permettait même d'alimenter le cycle suivant.

A. Cranu n'a plus écrit à E. Dewdney depuis décembre 1988, date à laquelle il affirma son intention de déménager, compte tenu du danger grandissant, et période à partir de laquelle on put constater une baisse, légère mais régulière, du cours de l'or.

Ce n'est visiblement plus le cas. Qu'est-il advenu de A. Cranu ? Quelqu'un aurait-il des informations précises sur sa dernière localisation géographique?

Inspiré d'un article de "Pour la Science" de juin 1989.

La page est ICI. Personnellement j'ai un petit faible pour l'idée du  baiser infini  ( Cliquer sur " Problèmes " pour afficher la liste mais attention il y a un décalage entre les noms et les adresses, c'est le chapitre 90 ).

Cela concerne  les suites de Farey...

Et en passant pour les matheux et ceux qui parlent anglais : le théorème de Pappus et les suites de Farey : ICI

Je suis fatigué de regarder les 100 plus grands : " le meilleur du pire "  alors je les remplace par les 100 plus grands " théorèmes ", c'est mieux quand même non ?

C'est ICI et en anglais - et bien oui il ne fallait pas travailler que les maths à l'école...