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, privilégiant le côté ludique des maths, pourront, je l'espère, les intéresser et leur donner l'envie d'en savoir plus ou, pourquoi pas, de créer leur propre blog...
Enfin, c'est un bon moyen de communiquer avec des collègues de toute la francophonie.


lundi 1 avril 2013

Mandelbrot, 7 siècles plus tôt

Je suis tombé sur ce texte en anglais de Ray Girvan il y a quelques jours. J'en traduis ici les meilleures parties.

Jusqu'à récemment, Udo de Aachen était connu dans les livres d'histoire comme un poète mineur, copiste et essayiste en théologie. Les dates de naissance et de mort de ce moine bénédictin ne sont même pas connues, mais il a probablement vécu entre 1200 et 1270 [1]. Une nouvelle étude de son travail a conduit à sa reconnaissance en tant que mathématicien exceptionnellement original et talentueux.

Bien que Udo lui-même soit peu connu, une de ses oeuvres nous est certainement plus familière. Il est en effet l'auteur d'un poème intitulé Fortuna Imperatrix Mundi, connu sous le nom de Carmina Burana [2]. Orchestré par le compositeur Carl Orff en 1937, le poème d'Udo très connu en tant qu'oeuvre chorale, O Fortuna, a été utilisé par de nombreux médias, de la musique du film "Excalibur" jusqu'à la publicité d'une lotion après-rasage.
La première trace des talents cachés d'Udo a été retrouvée par le mathématicien Bob Schipke, un professeur retraité spécilaliste d'analyse combinatoire. Lors d'une visite à la cathédrale d'Aachen, lieu de sépulture de Charlemagne, Schipke vu quelque chose qui l'intrigua. Dans une crèche minuscule illuminant un manuscrit du 13ème siècle, O Froehliche Weihnacht, il remarqua que l'étoile de Bethléem avait l'air bizarre. En l'examinant dans le détail, il vit que l'image dorée semblait être une représentation de l'ensemble de Mandelbrot, l'une des icônes de l'ère informatique. [3]
Découvert en 1976 par Benoît Mandelbrot, l'ensemble de Mandelbrot est la fractale la plus célèbre. Seul l'avènement des ordinateurs rapides rendit possible l'application des calculs répétitifs induits - du moins c'est ce que l'on pensait. [4]
"J'étais stupéfait", dit Schipke. "C'était comme trouver une photo de Bill Gates dans les Manuscrits de la Mer Morte. Le colophon [la page de titre] indiquait que le nom du copiste était Udo de Aachen, et j'ai voulu en savoir plus sur ce personnage."
Schipke visita la Bavière, où les poèmes Cantiones profanae (désormais les Carmina Burana), ont été découverts en 1837. Rédigé par des spécialistes et des moines errants durant le 13ème siècle, ils ont été rassemblés dans une anthologie dans le monastère bénédictin de Beuron, près de Munich, et Schipke a commencé sa recherche là-bas. Avec l'aide de l'historien Antje Eberhardt de l'Université de Munich, Schipke eut accès à des archives ecclésiastiques, où il a trouvé un document appelé Udolphus Codex. Ecrit en latin, le Codex portait la signature de Udo lui-même.
[..]
Dans un article de 1999, Schipke et Eberhardt parlent des découvertes d'Udo [5]. Le premier chapitre, Astragali, était supposé être un discours sur les méfaits des jeux de hasard. Il s'est avéré être les recherches d'Udo dans ce que nous appelons aujourd'hui la théorie des probabilités. Il a trouvé des règles simples pour ajouter et multiplier les probabilités et conçu ainsi des stratégies pour plusieurs jeux de cartes et de dés.
La deuxième partie, Fortuna et Orbis, décrit comment Udo a déterminé la valeur de pi en lançant des bâtons égaux sur une surface graduée, et en comptant la proportion de bâtons croisant les lignes dessinées sur le sol. C'est une anticipation de la technique des aiguilles de Buffon, nommé d'après le mathématicien du 18ème siècle [6]. Il s'agit d'une méthode très laborieuse, mais Udo réussit à obtenir une estimation respectable -, mais très chanceuse - de 866/275 (3.1418...). Il avait assez confiance en elle pour contester la valeur de pi=3 de la Bible [7] (je dis "chanceuse" parce que la méthode de Buffon converge très mal, et il est bien possible que Udo ait obtenu ce bon résultat en choisissant de s'arrêter judicieusement - peut-être influencé par le 3,1418 cité par son contemporain, Léonard de Pise, aussi connu sous le nom de Fibonacci).
Schipke poursuit: "Ce qui était intéressant à ce moment, c'est que nous avons relu les paroles de O Fortuna, et tout à coup ils prennent tout leur sens. Le verset deux - "Luck / like the moon / changeable in state / We are cast down / like straws upon a ploughed field / Our fates measuring / the eternal circle" - est très clairement une allusion à la méthode des aiguilles de Buffon". [8]
Mais le plus beau était à venir. Dans le dernier chapitre (le plus long), Salus, Schipke a découvert l'oeuvre la plus radicale. Udo avait, semblait-il, étudié l'ensemble de Mandelbrot, sept siècles avant Mandelbrot!
Initialement, l'objectif d'Udo était de concevoir une méthode pour déterminer qui irait au ciel. Il a supposé que l'âme de chaque personne était composée de parties indépendantes qu'il appelait "profanus" (profane) et "animi" (spirituel), et il a représenté ces deux parties par une paire de nombres. Puis il a élaboré des règles pour le dessin et la manipulation de ces paires de nombres. En fait, il a conçu les règles de l'arithmétique complexe, les parties spirituelles et profanes correspondant aux nombres réels et imaginaires des mathématiques modernes.
Dans le Salus, Udo décrit comment il a utilisé ces chiffres: "l'âme de chaque personne subit des essais à travers chacune des 70 années de la vie imparties, [englobant?] sa propre nature, et subit la diminution ou l'augmentation dans la stature par d'autres [qu'elle] rencontre, velléitaire entre le bien et le mal jusqu'à ce que [elle] soit jetée dans les ténèbres du dehors ou amenée pour toujours vers Dieu. "
Lorsque Schipke a lu la traduction, il l'a tout de suite prise pour ce qu'elle était: une description allégorique du processus itératif pour le calcul de Mandelbrot. En termes mathématiques, le système d'Udo était de commencer par un nombre complexe z, puis de l'itérer jusqu'à 70 fois par la règle z -> z*z+c, jusqu'à ce qu'il soit écarté ou pris dans une orbite. [4]
"On a tendance à prendre pour acquis, dit Schipke, "que le calcul de l'ensemble de Mandelbrot est trop compliqué à faire sans ordinateur. Ce que nous devons retenir, c'est la dévotion pure de la vie monastique. Cela a été un travail de foi, et Udo était prêt à travailler pendant des années. Le calcul de certains pixels lentement convergents doit prendre des semaines. "
Pourquoi le travail de ce mathématicien surdoué est passé inaperçu pendant si longtemps? Schipke montre en partie du doigt la spécialisation. "Quand le Codex a été déterré en 1879, seul un non-mathématicien a pu le voir, et il ne savait pas ce qu'il regardait. C'est une histoire assez commune.
"Mais il y avait aussi des raisons contemporaines pour que les connaissances d'Udo ne rentrent pas dans le courant dominant. Sa croyance fondamentale - à savoir que le salut et la damnation pourrait être déterminé à l'avance - était hérétique, et son usage des chiffres arabes a été vu comme de la magie noire. Et il y avait son désaccord avec Thelonius."
[...]
Udo a toujours interprété l'ensemble de Mandelbrot comme Dieu. Thelonius a soutenu le contraire: il représentait le diable. Des chiffres qui s'échappent vers l'infini, selon lui, étaient des âmes volantes libres vers le ciel, et ceux qui sont pris dans une orbite étaient tombés dans la fosse de l'Enfer. Comme de nombreuses collaborations théologiques, cela s'est terminé par un schisme.
Udo a noté que leur différend a mené tous les travaux à l'arrêt, et, que tous les deux ont été réprimandés par l'abbé pour en être venu aux mains dans le réfectoire. "Malheureusement, j'écris", explique Udo [9] à la dernière page du Codex Udolphus, "que, sous peine d'excommunication, je dois laisser mes dés et mes nombres de côté. J'ai jeté un oeil dans un royaume céleste de la complexité, et mon coeur est lourd que la porte soit fermée. "
[...]

Références

[1] "The Benedictine Order: a Historical Miscellany", edited by Rose M Wolanski, Springer-Verlag, 1965.
[2] "Carmina Burana, Frequently Asked Questions", by Charles Cave. http://www.classical.net/music/comp.lst/works/orff-cb/carmina.html
[3] "O froehliche Weihnacht", ms. circa 1250 AD, Aachener Dombibliothek, acquisition nr. GM801-237, Blatt 1a. Photograph by Bob Schipke.
[4] "Chaos: making a new science", James Gleick, Abacus Books, 1989.
Voir aussi the sci-fractals FAQ, maintained by Michael C. Taylor and Jean-Pierre Louvet. (ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/sci/fractals-faq).
[5] Schipke, R.J. and Eberhardt, A. "The forgotten genius of Udo von Aachen", Harvard Journal of Historical Mathematics, 32, 3 (March 1999), pp 34-77.
[6] "Buffon's Needle, an Analysis and Simulation" by George Reese. (http://www.mste.uiuc.edu/reese/buffon/buffon.html).
[7] II Chronicles, iv, 2: "Also he made a molten sea of ten cubits from brim to brim, round in compass ... and a line of thirty cubits did compass it round about" (Authorized King James Version).
[8] Lyrics, translated by William Mann, to Orff's "Carmina Burana (Cantiones profanae)", EMI recording SAN 162, 1965.
[9] Udo of Aachen, http://en.wikipedia.org/wiki/Udo_of_Aachen

© Article original en anglais : Ray Girvan (ray@raygirvan.co.uk) 1.4.1999.

mercredi 27 mars 2013

Le biais du joueur expliqué par l'Évolution

En probabilités, on évoque souvent cette tentation classique : vous lancez 5 fois une pièce et vous obtenez 5 fois « pile ». Avouez que vous êtes très tenté de penser que les chances sont très fortes que la sixième fois, ce sera cette fois « face ». Or, les événements (lancés) sont indépendants. Les chances sont toujours « 50-50 » à chaque épreuve !
C'est le biais classique du parieur. Une récente étude vient de comprendre un peu mieux comment ce biais (mauvaise estimation) serait en réalité un résultat de l'Évolution, lorsque nous étions les « premiers humains ». Les parieurs d'aujourd'hui se fient encore à leur expérience passée pour déterminer ce qui va se passer dans le futur. Cette stratégie n'est pas si incongrue en soi, mais elle ne fonctionne pas si l'événement est aléatoire comme dans le cas d'un lancer de dés.
Ce biais du parieur reposerait donc sur des facteurs neurobiologiques, et plus exactement sur la manière dont nous focalisons notre attention. Deux expériences ont été menées à cet effet. D'abord, les participants devaient observer deux cibles qui étaient illuminées de manière complètement aléatoire. On leur donnait alors de l'argent pour parier sur la cible lumineuse de leur choix.
On a remarqué que dans les cas où ils gagnaient sur, disons, la lampe A, ils avaient bien plus tendance à choisir la B la fois suivante. De même, lors de la deuxième expérience avec un partenaire cette fois. Les humains prennent des décisions rationnelles en fonction de leur expérience passée. Ainsi, si vous prenez de nombreux fruits sur un arbre, le lendemain, vous allez changer d'arbre sans regarder le premier.
Il faut maintenant voir si ce type de comportement est dépendant de l'âge, d'autant que les personnes âgées semblent devenir plus facilement dépendantes aux jeux de hasard.

Source : Sur-la-Toile

lundi 25 mars 2013

Pierre Deligne, l’homme aux trois "Nobel" de mathématiques

Après la médaille Fields et le prix Crafoord, le Belge a reçu le prix Abel.

Par PHILIPPE DOUROUX

Pierre Deligne, qui vient de se voir décerner le prix Abel par l’académie norvégienne des Sciences et des Lettres aura reçu, tout au long de sa vie, les trois récompenses scientifiques qualifiées tour à tour de prix Nobel des mathématiciens. Longtemps avant la date limite, en 1978, il avait obtenu la médaille Fields, accordée tous les quatre ans à quatre mathématiciens de moins de 40 ans, à l’occasion du congrès mondial de mathématique. Dix ans plus tard, l’académie royale de Suède lui remettait le prix Crafoord, imaginé pour récompenser toutes les sciences privées de Nobel. Inutile d’énumérer ses autres récompenses pour souligner que l’homme figure parmi les plus grands mathématiciens du XXe siècle et du siècle à peine entamé.

Géomètre-algébriste

La voix est douce, le flux posé, les mots précis, choisis avec prudence. Du temps avait été nécessaire pour approcher Pierre Deligne. Il avait fallu tisser un cocon de confiance pour obtenir un rendez-vous; il y a de cela une dizaine de mois. Pour la rencontre, il avait choisi les jardins du palais du Luxembourg, à deux pas de l’Institut Poincaré où il participait à un séminaire. Très bel endroit, mais totalement inhospitalier quand le froid, la pluie et le vent s’unissent pour vous compliquer la vie. Au bout d’une heure de ce régime et la confiance s’installant il avait accepté de se réfugier dans un café. Devenant plus disert.

C’est une habitude chez les mathématiciens de mettre à distance ceux qui ne peuvent rentrer dans un monde inaccessible. Claire Voisin, de l’académie des Sciences évoque un «farouche silence». Géomètre-algébriste, Pierre Deligne fait partie de cette école qui tente de rapprocher les deux disciplines en utilisant la capacité à montrer de la géométrie et la puissance de l’algèbre quand il s’agit de démontrer. Tracez un cercle avec un compas vous êtes géomètre, écrivez X2 + Y2 = 1 vous êtes algébriste. Pour aller plus loin, Pierre Deligne cherche les mots justes avec patience et bienveillance, même s’il sait bien que la construction d’un pont vers les mathématiques, sur lesquelles il travaille depuis cinquante ans, est impossible.

Pourquoi une telle distance qui ne s’explique pas seulement par l’impossibilité de comprendre quand l’homme est d’une infinie courtoisie? Sans doute la crainte de devoir revenir sur des moments difficiles, sur ce que l’on ne peut pas appeler la brouille avec celui qu’il appelle aujourd’hui encore son maître, Alexandre Grothendieck. Il dit mon « maître » avant de préciser que l’admiration va au mathématicien et qu’il n’y a dans ce mot aucune idée de soumission à l’homme. Pour se brouiller il faut être deux et Pierre Deligne ne semble pas fait pour ce mot et ce type de rapports.

Dans les années 60, Pierre Deligne vient assez naturellement à Paris pour suivre le séminaire de celui qui trace des perspectives à dix, vingt ou trente ans dans la géométrie algébrique. Le maître et l’élève avancent ensemble sous le regard admiratif de la communauté scientifique. En 1988, le prix Crafoord est attribué simultanément aux deux chercheurs. Pierre Deligne l’accepte, Alexandre Grothendieck le refuse. S’installant dans un délire paranoïque, ce dernier entame un divorce avec le monde des hommes fait de compromis quand il cherche une vérité aussi pure que son idéal mathématique. Il vit aujourd’hui, à 84 ans, au pied des Pyrénées, refusant de voir qui que ce soit (à lire dans Libération: le trésor oublié du génie des maths). Coupé des hommes , il ne recevra probablement pas la nouvelle de la récompense que vient de recevoir son élève. Il n’entendra pas non plus l’hommage de ce dernier.

Ecole française

Né Belge, en octobre 1944, Pierre Deligne souligne à lui tout seul à quel point le décompte des nationalités a quelquechose de vain quand il s’agit d’établir des palmarès des mathématiciens. Elève d’Alexandre Grothendieck, lui même longtemps apatride, il fait incontestablement partie de l’école française de mathématique –il se trouve d’ailleurs actuellement en résidence à l’Institut des hautes études scientifiques, à Bures-sur-Yvettes-, mais il enseigne aux Etats-Unis, à l’Institut of advanced studies de Princeton (New Jersey). Allez vous y retrouver.

La remise du prix Abel est toujours une bonne occasion pour tordre le coup à l’histoire, trop belle, qui voudrait qu’Alfred Nobel, l’inventeur de la dynamite, ait refusé d’accorder un prix aux mathématiques parce que sa femme l’aurait trompée avec un mathématicien. Il n’était pas marié et il est peu probable, selon des historiens, qu’il ait jamais entendu parlé de l’amant supposé de sa maîtresse. Il souhaitait probablement privilégier des sciences qui trouvaient des applications dans la vie quotidienne comme la physique, la chimie, la médecine, auxquelles il avait ajouté la paix ou la diplomatie et la littérature. L’explication paraît moins drôle mais est probablement plus juste.

Source : Libération

dimanche 24 mars 2013

Le monde est mathématique : une collection pour percer les mystères des maths


"Le Monde est mathématique" : une collection... par lemondefr


Pour s'abonner, cliquez ici. Dommage qu'on ne puisse le faire que depuis la France...

samedi 23 mars 2013

Vitesse et embouteillage


Qui n'a pas connu les ralentissements brutaux sur autoroute ? Les physiciens comparent ce phénomène à l'écoulement d'un fluide et en tirent la conclusion : il faut diminuer la vitesse pour limiter les embouteillages !

Source : universcience.tv

vendredi 22 mars 2013

Les défis mathématiques du monde, épisode 1


Les défis mathématiques du Monde, épisode 1... par lemondefr

Chaque semaine, un nouveau défi sur le site du Monde.fr.

jeudi 21 mars 2013

La conjecture de Goldbach

Par Bruno Martin
Maître de conférence au laboratoire de recherche en Mathématiques de l'Université du Littoral, Côte d'Opale

Quelle drôle d’idée d’additionner des nombres premiers ! C’est pourtant ce qu’a fait un certain Goldbach il y a plus de 250 ans...
Dans cet article, nous allons partir à la découverte d’une des plus célèbres conjectures mathématiques. Elle a été énoncée en 1742 par le mathématicien allemand Christian Goldbach dans une lettre (qui constitue le logo de cet article) au mathématicien suisse Leonhard Euler. Il s’agit ainsi d’un des plus vieux problèmes mathématiques irrésolus à ce jour.
La conjecture de Goldbach fait intervenir les nombres premiers. Plutôt que de livrer d’emblée son intitulé, nous allons commencer par présenter l’ensemble des nombres premiers, donner sa propriété fondamentale et voir les raisons qui peuvent conduire à énoncer la conjecture de Goldbach.

Lire l'article sur Images des Maths

mercredi 20 mars 2013

Pourquoi la tartine tombe-t-elle toujours du côté beurré ?


Si une chose peut mal tourner, alors elle finira par mal tourner. La loi de Murphy ainsi énoncée, ne satisfait pas les scientifiques. En 2000, une expérience à grande échelle est menée avec 1000 élèves qui font l'expérience de la tartine vingt fois chacun. Résultat : la tartine est tombée côté beurré dans 62% des cas. Les physiciens s'en mêlent aussi en calculant tous les paramètres pour vérifier la véracité de cette assertion.

Source : universcience.tv

dimanche 17 mars 2013

Un problème de remplissage de verres

Un exemple de démonstration mathématique
Xavier Caruso
Chargé de Recherche CNRS, Université de Rennes I

Dans cet article, nous présentons et résolvons une énigme logique. En fait, celle-ci sert principalement de prétexte à la mise en place d’une démonstration mathématique. Mais une démonstration qui vous surprendra peut-être tant elle est différente de celles que vous avez pu rencontrer à l’école : beaucoup de phrases, pratiquement aucun calcul, surtout de la logique. Par contre, je vous préviens tout de suite, de même que beaucoup d’autres démonstrations mathématiques, elle ne sera pas forcément toujours docile et vous demandera certainement des efforts pour l’apprivoiser complètement. Mais le jeu en vaut sûrement la chandelle... alors, lisez et jugez par vous-même.

Lire l'article sur Images des maths

samedi 16 mars 2013

Théorie des jeux - HS n° 46 : Stratégies et tactiques


Théorie des jeux - HS n° 46 : Stratégies et tactiques
Collectif
Pole (28 février 2013)
166 pages

Présentation de l'éditeur
Qu'ont en commun un problème de grains de riz sur un échiquier, la recherche d'une stratégie gagnante dans un jeu de société, la notion d'équilibre en économie, les comportements sociaux, l'art de la guerre et l'établissement d'un juste prix lors d'une vente aux enchères ? Tous relèvent d'une même branche des mathématiques : la théorie des jeux. Les jeux à information complète, tels que les échecs ou le go, utilisent les mathématiques discrètes et la logique. Ceux à information incomplète, comme le poker, mobilisent en outre des notions probabilistes pour tenter d'apprivoiser une part de hasard. Et aujourd'hui, l'outil informatique est venu "modifier la donne", en offrant des capacités de calcul qui permettent de rivaliser avec les plus grands champions ou de rassembler d'immenses communautés de joueurs.

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