Le blog-notes mathématique du coyote

 

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Editorial

Ce blog a pour sujet les mathématiques et leur enseignement au Lycée. Son but est triple.
Premièrement, ce blog est pour moi une manière idéale de classer les informations que je glâne au cours de mes voyages en Cybérie.
Deuxièmement, ces billets me semblent bien adaptés à la génération zapping de nos élèves. Ces textes courts et ces vidéos, privilégiant le côté ludique des maths, pourront, je l'espère, les intéresser et leur donner l'envie d'en savoir plus.
Enfin, c'est un bon moyen de communiquer avec des collègues de toute la francophonie.

mercredi 21 mai 2014

La course à pied facilitée par les mathématiques

La performance passe souvent par de savants calculs. Ainsi, des chercheurs français ont mis au point un modèle mathématique permettant d’optimiser l’une des activités physiques les plus prisées : la course à pied. Aussi bien pour les joggeurs aguerris que pour les sportifs du dimanche, avant de l’étendre au cyclisme, à la natation ou au canoë.

Comment courir pour améliorer sa performance, son poids et sa forme ? Amandine Aftalion (université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines) et Frédéric Bonnans (École polytechnique) ont créé un modèle mathématique d'optimisation de la course qui pourrait conduire à un programme d'entraînement personnalisé selon l'état physiologique de chacun.
Il confirme en outre un fait bien connu des sportifs : varier sa vitesse permet de mieux dépenser son énergie et de courir plus longtemps. Les mathématiques offrent ainsi l'opportunité aux coureurs de passer de simples outils de mesure statistique au conseil sportif personnalisé. Ces travaux, disponibles sur l'archive ouverte HAL, seront publiés dans la revue SIAM Journal on Applied Mathematics.

Varier la vitesse pour courir plus longtemps

Ce modèle mathématique prend tout d'abord en compte l'énergie du coureur, notamment sa consommation maximale d'oxygène (VO2 max) et son stock d'énergie anaérobie, en les faisant intervenir dans un système d'équations différentielles reliant la vitesse, l'accélération, la force de propulsion et les forces de frottement. Ce système est couplé à des conditions initiales de départ de la course, vitesse nulle et quantité d'énergie donnée, et des contraintes : l'énergie et la force de propulsion doivent être positives (le coureur ne peut pas reculer). Les chercheurs sont capables avec ce modèle de prédire le comportement que doit avoir le sportif tout au long de sa course au moyen d'un bilan instantané déterminant au plus près la vitesse optimale du coureur et l'énergie dépensée depuis le départ.
Leur résultat principal montre ainsi que varier sa vitesse permet de dépenser moins d'énergie et de courir plus longtemps. De plus, en comparant ces résultats avec ceux d'athlètes professionnels, les auteurs peuvent également préciser quels paramètres physiologiques les coureurs doivent développer pour s'améliorer en répondant par exemple aux questions suivantes : quels seront les résultats d'un champion s'il avait le poids et la consommation maximale d'oxygène d'un coureur amateur ? Quels sont alors les paramètres que le sportif amateur peut améliorer pour s'approcher des résultats habituels du champion ? Doit-il améliorer sa capacité respiratoire ou son énergie anaérobie ?

Les mathématiques s’invitent aussi chez les cyclistes et les nageurs

Les applications de ce modèle concernent deux types de publics. Dans le cas des coureurs « semi-professionnels » qui n'ont pas l'opportunité de travailler avec un entraîneur de sport ou dans le cadre de cours d'éducation physique et sportive à l'école, les chercheurs souhaiteraient développer un logiciel capable de créer des programmes d'entraînements personnalisés qui indiqueraient les paramètres physiologiques à développer en priorité et de réaliser des stratégies précisant les vitesses optimales à atteindre à chaque moment de la course.
Le système d'équations étant adaptable à toutes les variables intéressantes pour le sportif (et pas seulement la vitesse), les « coureurs du dimanche » pourraient, par exemple, connaître instantanément le nombre exact de calories perdues lors de la course (et non une simple moyenne comme pour les outils existant actuellement) afin d'améliorer leur perte de poids.
Les chercheurs souhaitent désormais parfaire leur modèle mathématique en intégrant au système d'équations de nouveaux paramètres comme l'altitude ou l'effet du vent, et l'appliquer à d'autres sports d'endurance comme le cyclisme, la natation ou le canoë-kayak.

Source : Futura-Sciences

samedi 26 avril 2014

La meilleure bière du monde

arce que la bière, c’est sérieux, Taylor Walker, une chaîne britannique de pubs, a commandé en 2012 une étude vidant à déterminer l’équation de la pinte parfaite. De nombreux buveurs de bière ont été interrogés sur les facteurs suivants:

  • à quelle température (de l’air, pas de la pinte) la pinte parfaite doit-elle être bue?
  • quel temps devrait-il faire ce jour-là?
  • combien vous resterait-il de temps avant de retourner au travail?
  • avec combien de personnes voudriez-vous partager cette pinte?
  • quel genre d’humeur rend la bière meilleure?
  • savourez-vous mieux votre bière s’il y a du sport à la télé, de la musique (et à quel volume ?), des jeux (fléchettes, cartes…), de chouettes choses à manger, des gens partout?
  • l’endroit idéal est-il un pub (à l’intérieur ou en terrasse ?), à la maison (à l’intérieur ou dans le jardin?), au restaurant, ailleurs?
  • quelle est la durée idéale pour savourer sa pinte?
Après avoir compilé le millier de résultats obtenus, les chercheurs ont abouti à l’équation suivant :

E = – (0,62 T2 + 39,2 J2 + 62,4 C2) + (21,8 T + 184,4 J + 395,4 C + 94,5 H – 90,25 V) + 50 (G + N + 6,4)

où E est un nombre indiquant le plaisir pris lors de la dégustation de la pinte,
T la température ambiante (en degrés Celsius),
J le nombre de jours avant de retourner au travail,
C le nombre de compagnons de boisson,
H un nombre indiquant l’humeur du jour,
V un nombre indiquant le volume de la musique jouée,
G et N des nombres indiquant la disponibilité de petites choses à grignoter et de « vraie » nourriture.

La conclusion de l’étude est la suivante: la pinte idéale se boit à une température extérieure de 17,8°C, deux jours avant de retourner travailler, accompagné(e) de 3 ou 4 personnes, en étant de bonne humeur, en écoutant de la musique calme et en ayant à disposition plein de choses à manger.

Sources : MindLab, Slate.fr

lundi 7 avril 2014

Searching for answers

Un article en anglais en complément de celui d'Avner Bar-Hen. Il explique comment les mathématiques ont permis de localiser l'avion disparu de Malaysia Airlines.

Lire "Searching for answers" sur +Plus magazine

lundi 24 mars 2014

Les vignettes Panini (encore un marronnier)

Avec l'arrivée imminente de la Coupe du monde de football, les collectionneurs de vignettes Panini entrent en ébullition. Voici quelques articles à leur intention:

samedi 8 février 2014

Le morphing

L’art de transformer les images
par Renaud Chabrier

A l’aide de dessins et de peintures animés, cet article analyse les effets et le principe du morphing. Il présente d’abord les notions de transformation, de mouvement dans l’espace et de métamorphose telles qu’elles se présentent pour le dessinateur/animateur. Il montre ensuite comment le morphing aide à comprendre le rôle de la fluidité des images au cinéma. Enfin, il détaille un peu plus la technique du morphing, pour y distinguer ce qui relève plutôt des mathématiques, et ce qui relève plutôt de la perception.

Lire l'article sur Images des mathématiques

mardi 24 décembre 2013

L’incroyable efficacité du père Noël expliquée par la physique

Dans la nuit de mardi à mercredi, le père Noël rempile pour quelques heures de travail pharaonique. Et pour réaliser la lourde tâche, le vieux barbu va devoir faire vite, très vite… Mais comme chaque année, la mission ne lui est pas impossible, selon les lois de la physique. Lançons-nous donc dans un calcul totalement hypothétique.

Par Janlou Chaput, Futura-Sciences

À l’heure où certains envisagent de repousser l’âge du départ en retraite, en voilà un qui n’est pas concerné : le père Noël. Depuis des décennies il monte sur son traîneau la nuit du 24 au 25 décembre et apporte des cadeaux à tous les enfants de la Terre qui ont été sages. Une prestation qui demande une bonne préparation physique… mais qui exige aussi d’accomplir de réelles performances selon les lois de la physique.
Premièrement, tout est une histoire de poids. En moyenne, un toit d’une maison peut supporter près de 300 kg/m2. Un traîneau et neuf rennes doivent bien couvrir 19 m2 de la toiture. Ce qui limite le poids de l’ensemble à 5.700 kg. Estimons le tout à 3.000. Reste au maximum 2.700 kg de cadeaux pour éviter que le père Noël ne passe à travers la charpente et se retrouve lui et son attirail dans le salon. Mais 2.700 kg de cadeaux pour 378 millions de jeunes enfants, c’est peu… Sauf si, grâce à la magie de Noël, il arrive d’une façon ou d’une autre à alléger l’ensemble. Après tout, c’est le père Noël.
En moyenne, 3,5 enfants vivent dans un foyer, ce qui équivaut donc à 91,8 millions de livraisons à effectuer, non pas en 15 heures, la durée d’une nuit… mais en 34,2 heures, ce qui laisse un peu plus de temps. Oui, car entre le moment où le soleil se couche aux îles Fidji et où il se lève aux Samoa américaines, plus d’une journée entière s'écoule. Cela demande malgré tout de faire 745,6 arrêts par seconde. Il faut donc aller à une vitesse supersonique !

Un père Noël pas très écolo

La Terre étant recouverte à 71 % d’eau, avec en plus de nombreuses aires inhabitées, on estime à 1.479.290 km2 la surface des zones habitées. Chaque seconde, le père Noël et ses rennes doivent visiter tous les habitants réunis sur 12,01 km2. S'il y en a 1, la vitesse est serait de 2.236 km/s.
Quelle énergie pour alimenter tout ça ? Eh bien il y aurait de quoi être surpris. Pour la calculer, on peut multiplier la demi-masse par le carré de la vitesse : E = 2.850 × (2.236)2 ≈ 14,2 milliards de joules (J). Un chiffre énorme ? Oui et non. Il correspond plus ou moins à 20 % de l’énergie dépensée par une voiture aux États-Unis durant l’année 2000. Donc rien de vraiment hallucinant. Bien sûr, on pourra objecter qu'à raison de 745,6 arrêts par seconde, la vitesse ne sera à peu près jamais constante et donc qu'il faut au contraire calculer l'énergie pour accélérer puis décélérer à chaque étape. Mais ce serait bien plus compliqué...
Par cette façon d’aborder la distribution des cadeaux, l’histoire du père Noël devient donc. Mais un conseil : si vous le croisez la nuit du réveillon, ne vous montrez pas très bavard. Il n’aura que très peu de temps à vous accorder : pas plus d’1,34 ms. L'important est qu'il réussisse et l'expérience montre qu'il y parvient tous les ans.

Source : Futura-Sciences

mardi 29 octobre 2013

La traduction automatique statistique, comment ça marche ?

Sur le Web, beaucoup d’informations ne sont pas disponibles en français. Des outils de traduction automatique statistique permettent tout de même d’en saisir le sens. Comment fonctionnent-ils ?

Lire l'article sur Interstices

dimanche 20 octobre 2013

La géométrie autour de nous

Qu’on aime ou qu’on n’aime pas, on vit avec. Chaque jour, la géométrie nous entoure par ses différentes représentations sans même que nous nous en apercevions. Elles nous émerveillent, on les observe, on les regarde, on leur emprunte leurs propriétés pour nos besoins.
Elle n’a pas attendu l’homme pour exister, la géométrie n’est pas « un crayon, une règle et un compas ». Elle est nature et dans la nature. C'est l’homme qui est allé la quérir pour ses exigences de la vie pratique. L’historien grec Hérodote (-484 ; -425) lui accordait d’ailleurs des fondements mystiques et la considérait comme un don du Nil.

Lire la suite de l'article sur m@ths et tiques

jeudi 19 septembre 2013

Grâce aux maths, le chercheur Robert Smith met en scène une invasion de zombies

A Ottawa, au Canada, un professeur de mathématiques a mis au point un modèle qui permet de prévoir la vitesse de contamination en cas de pandémie zombie. (bN)(S/N)Z = bSZ. Cette équation pourrait bien signer votre perte. Ceci dit, seulement si vous vous trouvez au milieu d'une pandémie de zombie.
Cette équation apocalyptique nous provient de l'université d'Ottawa. Elle désigne le taux de transmission du virus zombie, d'un mort-vivant jusqu'à un grand nombre selon leurs concepteurs, le professeur de mathématiques Robert J.Smith et ses étudiants. Le travail du professeur Smith a d'ailleurs inspiré d'autres chercheurs qui ont mis au points divers modèles mathématiques concernant les zombies. Tous ces travaux seront ensuite compilés et publiés avec le travail du professeur Smith dans le "Mathematical Modeling of Zombies" (University of Ottawa Press, 2014).
Dans son étude, Robert Smith démontre que l'infection zombie est le virus qui provoquera la fin du monde si elle apparaît. La similitude d'une infection zombie avec une pandémie "classique" font de ces créatures de parfait sujets pour des analyses théorique d'épidémies, qui peuvent être utilisées pour faire marcher l'imagination des gens tout aussi bien que pour explorer des principes scientifiques.
Quant à une apocalypse zombie, le modèle de Smith montre qu'une infection de zombies se propage rapidement (avec N représentant la population totale, S le nombre de personnes sensibles, Z les zombies, et la probabilité de transmission). Il montre également que les zombies prendrait le contrôle du monde. Il n'y a aucune chance d'espérer un "équilibre stable" dans lequel les humains pourraient coexister avec les morts-vivants ou éradiquer la maladie, comme l'explique Live Sciences.

Quand les maths traitent de zombies

L'analyse des zombies ajoute quelques nouvelles rides à la modélisation des maladies traditionnelle : "Les morts peuvent être ressuscités comme des zombies, et les humains vont attaquer les personnes infectées". "Habituellement, les morts ne sont pas une variable dynamique", a déclaré Smith. "Et les gens ne cherchent pas à tuer les personnes victimes d'une infection."
Ces éléments - les infections et les attaques contre les zombies - font que le modèle est plus compliqué, car ils introduisent deux facteurs non-linéaires, ou des facteurs qui ne changent à un rythme constant, a dit Smith, qui a modelé des épidémies de VIH, de paludisme. La plupart des modèles de la maladie comprennent un seul élément non linéaire: la transmission de la maladie. Avoir deux facteurs non-linéaires rend les mathématiques sur les zombies extrêmement sensibles à de petites modifications des paramètres.

"Il suffit d'un seul zombie pour infecter une ville"

Cette forte infectiosité fait que l'épidémie de zombie est imparable dans la plupart des cas, selon le modèle de Smith. "Parce qu'il suffit d'un seul zombie pour infecter une ville, "ni la quarantaine ni une progression lente de la maladie pourrait arrêter la 'Zombie Apocalypse' - seulement la retarder", a déclaré Smith. Seules de fréquentes attaques, de plus en plus efficaces contre les membres transformés de l'humanité pourrait permettre à l'Homme de l'emporter sur les morts-vivants, a-t-il dit.
Pour modéliser ce genre d'enchevêtrement humain-zombie, Smith a utilisé une technique relativement nouvelle en mathématiques appelée "équations différentielles impulsives", qui montre comment les chocs brusques affectent les systèmes. Communément utilisée pour des orbites de satellites, la technique a été mise au point dans les années 1990, alors que la plupart des outils mathématiques datent de plusieurs siècles. Bien qu'un peu "geek" sur les bords, les zombies peuvent se targuer de développer les mathématiques, au Canada du moins.

Source: Gentside

mardi 10 septembre 2013

Les mathématiques de Futurama [rediffusion]

La saison 7 de Futurama, petite sœur des Simpsons créée par Matt Groening et développée par David X. Cohen, vient de se terminer - pour la troisième fois. En nous laissant sur le mariage de Fry et Leela sur fond de voyage dans le temps, Futurama aura marqué les esprits -en tout cas, le mien. La science est un sujet très présent chez les Simpsons, mais c'est encore pire dans Futurama, où les clins d’œil à la physique, à l'informatique ou aux mathématiques sont légions, sans parler des références à la culture pop ! Il faut dire que, outre David X. Cohen, diplômé en physique de Harvard et en informatique de Berkeley, la série compte dans ses scénaristes Ken Keeler, diplômé en mathématiques appliquées de Harvard et Jeff Westbrook, diplômé en informatique à Princeton...

Lire l'article sur Choux romanesco, vache qui rit et intégrales curvilignes

mercredi 31 juillet 2013

Crazy flower et le chaos

En regardant bouger la "crazy flower" de mes enfants, je me suis dit que cela donnait une bonne idée d'un mouvement chaotique. Je vous laisse juger sur cette vidéo dénichée sur YouTube.

mardi 30 juillet 2013

Nous descendons tous de Gengis Khan !

Avez-vous déjà essayé de construire votre arbre généalogique ? Peut-être avez-vous trouvé parmi vos ancêtres quelques lignées prestigieuses, peut-être descendez-vous de rois, de grands scientifiques ou encore d'écrivains célèbres!
Nous allons découvrir dans ce mini-cours qu'il est possible d'aborder cette question de façon mathématique. De simples petits calculs suffisent à savoir s'il est raisonnable d'espérer trouver un grand homme dans nos ancêtres. Tenez, Gengis Khan par exemple, fondateur de l'empire mongol, le plus vaste empire contigu de l'histoire de l'humanité, pensez-vous avoir des chances de descendre de lui? Vous allez le voir, la réponse est surprenante!

Lire ce tutoriel sur le site du Zéro

lundi 15 juillet 2013

Des triangles pour se repérer sur Terre

QQui connaît le nom de Gemma Frisius (1508-1555), professeur néerlandais de mathématiques ? Et pourtant son traité Libellus de Locorum describendorum ratione (1533) a une influence considérable sur nos connaissances scientifiques. Il contient en effet le plus ancien exposé connu du principe de triangulation .

Lire l'article sur Mathématiques de la Planète Terre

lundi 17 juin 2013

Classement ATP vs classement Elo

Dimanche dernier, Rafael Nadal (alors n°4 mondial) a battu David Ferrer (n°5 mondial) 6-3, 6-2, 6-3 lors de la finale du tournoi de Roland-Garros. Du coup, les classements ont été actualisés : Nadal a perdu une place (et devient n°5) et Ferrer est remonté dans le classement (et devient n°4)...

Pour comprendre ce qui s'est passé, lisez l'article de Choux Romanesco, vache qui rit et intégrales curvilignes.

jeudi 16 mai 2013

Jonglage : Des progrès accomplis grâce aux maths

La jonglerie, ou tour de passe-passe, d’adresse, a beaucoup progressé ces derniers temps, en partie grâce à une étude mathématique des différents modèles possibles.


Cette vidéo, publiée par la Simons Foundation et Scientific American, dévoile toutes les impressions réalisées par ces progrès (ici George Hart). Selon l’information qui court, ici distillée par les deux supports, si le jonglage a beaucoup progressé au cours des dernières décennies, c’est parce que les mathématiciens s’y sont intéressés. Ils ont commencé à étudier systématiquement les styles possibles de lancers sans collision.
À la suite de cette recherche, de nouvelles possibilités ont été découvertes pour les jongleurs, dit le journal Scientific American dans son édition Web. Qui ajoute que « Les chercheurs ont réussi à établir des liens entre le jonglage et l'algèbre des tresses offrent une autre façon d'analyser la jonglerie ».
En substance, on a réussi à mettre au point l’équation qui régit ce type de sport. Elle porte le nom d’équation de Shannon et est écrite ainsi :

( F + D ) H = ( V + D ) N

F = temps mis par une balle dans l'air
D = temps qu’un ballon est tenu dans une main
H = nombre de mains
V = temps pendant lequel la main qui lance est vide
N = nombre de boules jonglées

La jonglerie est régie par cette équation arithmétique qui a permis d’en développer trois modèles de base: la cascade, dans laquelle un nombre impair de boules est lancé d'une main à l'autre ; la fontaine, dans laquelle un nombre pair de balles est jonglé en deux colonnes distinctes ; et la douche , dans laquelle toutes les billes sont lancées dans un cercle. Un jongleur plus expérimenté pourrait jeter plus d'un objet à partir d'une seule main en même temps, une pratique connue sous le nom de multiplexage.

Source : Obamaths

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