Le blog-notes mathématique du coyote

Jeffrey Shep propose des dizaines d'énigmes sur son site. De quoi passer le temps pendant les vacances, au cas où vous ne sauriez pas quoi faire. Ce n'est pas du tout mon cas. J'espère au contraire avoir assez de temps pour faire tout ce que j'ai prévu!
Bravo aux nouveaux bacheliers et diplômés du Jura!

MATHS-ROMETUS, Mathématiques accessibles à tous : On y trouve l'histoire des maths en images, tout ce qui peut rimer avec les mathématiques (les nombres et les opérations, leur histoire, la numérologie, la littérature, l'étymologie, les jeux , les figures au compas, les polyèdres, le pourquoi et l’intérêt, la magie, un dictionnaire, etc.), les mathématiques au collège et les 25 productions de l’auteur, Jean-luc ROMET.

Enigmes mathématiques diaboliques est un petit livre qui regroupe 65 énigmes mathématiques classiques, avec leur solution. On retrouve ces énigmes sur le site de l'auteur: www.bric-a-brac.org/enigmes/.Personnellement, j'en connaissais une bonne moitié, mais il y en a une ou deux qui sont vraiment pas mal. Par exemple, presque tout le monde connait la fameuse suite :

1
11
21
1211
111221
312211
...

Mais sauriez-vous démontrer que le chiffre 4 ne peut jamais apparaître dans cette suite ?

Voilà Un petit livre vraiment pas cher (2 Euros) qui résume assez bien ce qu'il faut savoir avant d'entrer au lycée : aires de polygones, conversions d'unités, pourcentages, règle de trois, vitesse, théorème de Thalès, ... Chaque chapitre traite d'un problème pratique: combien de pots de peinture acheter pour repeindre un mur, mesurer une distance sur une carte de géographie, etc. Mon seul reproche concerne le titre: le mot magique n'a rien à y faire.

Langue: Français Éditeur : J'ai Lu (12 mai 2006)
Collection : Librio Mémo
Format : Poche - 92 pages
ISBN : 2290352225
Dimensions (en cm) : 14 x 1 x 21

La chaîne de télévision Planète propose depuis quelques semaines une série documentaire intitulée "Les voyous du casino". Cette série raconte le parcours - incroyable mais vrai - d’as de l’arnaque et de petits génies en mathématiques qui ont réussi à mettre au point des méthodes plus ou moins légales pour gagner des sommes folles au casino. Certains ont profité de leur fortune, d’autres se sont retrouvés derrière les barreaux, mais tous ont vécu des moments palpitants.
L'épisode "Les deux font la paire" est consacré à Edward Thorp, jeune docteur en mathématique, qui va démontrer que gagner au blackjack n'est pas une simple question de chance. Accompagné de son financier, Manny Kimmel, il va parcourir le monde des casinos et devenir riche. En 1959, Eddy Thorp découvre un article sur le blackjack. A partir de là, le jeune docteur en mathématique va s'intéresser à ce jeu. Au bout de deux ans, à force de statistiques, il trouve un système de comptage qui permet de vaincre les tables de blackjack. Grâce à son système, Eddy Thorp devient une célébrité médiatique, mais de nombreux mathématiciens le mettent en doute. Le seul moyen de prouver l'efficacité de sa technique est de la tester dans un casino. Pour cela, il a besoin de 10 000 dollars. Or il ne les a pas. C'est alors qu'il rencontre le riche Manny Kimmel, un parieur capable de miser sur n'importe quoi. Les deux hommes s'entraînent pendant six semaines d'affilée, au bout desquelles ils s'envolent pour Reno (Nevada). Pari gagné. Son système de comptage marche ! Eddy va donc enchaîner les casinos. Plus il gagne, plus les casinos le remarquent. Il finit par être interdit de jeu partout. Le comptage des cartes est né. Eddy Thorp va même raconter son aventure dans un livre ("Beat the Dealer", encore disponible aujourd'hui) qui sera en réalité un manuel d'instruction de sa méthode. Celui-ci va remporter un immense succès, à la plus grande crainte des directeurs de casinos, qui seront contraints d'augmenter le nombre de talons pour contrecarrer la stratégie mise au point par Thorp.

A voir : Mathematics gambling: card counting blackjack basic strategy

Deux étudiants ont mis à profit l'intelligence artificielle pour déterminer que le Brésil gagnera la Coupe du monde de football. Imran Fanaswala et Yashar Fasihnia, deux étudiants en informatique aux Émirats arabes unis, ont mis au point un programme informatique baptisé FIFI pour «Fifa Intelligence». Les deux jeunes hommes de 22 ans ont utilisé des notions de statistique pour mettre au point leur «prédicteur de Coupe du monde». Ils ont amassé 20 ans de données et d'informations sur les diverses équipes: performance, nombre de buts, marqueurs, etc. Le professeur Joachim Diederich qui a supervisé le projet affirme que FIFI a un taux de précision de 83%. FIFI prévoit donc que le Brésil gagnera contre l'Angleterre lors des demi-finales et que l'Italie éliminera les Pays-Bas. Et selon le programme d'Irman et Yashar, le Brésil l'emportera en finale contre l'Italie.

L'Italie éliminera les Pays-Bas, ce n'est plus possible, puisque ces deux pays ne sont pas dans la même partie du tableau. Par contre, les autres pronostics sont encore possibles.

Je me suis amusé à chercher sur le web des photos de station-service à travers le monde, pour voir comment le prix de l'essence est indiqué. Voici donc cinq panneaux d'affichage, de la notation la plus simple à la plus compliquée:

Le dernière photo vient du Québec (prise par Gilles Jobin). C'est quand même magnifique de mettre deux virgules dans un nombre...

J'aime bien les oraux. On y entend toujours des choses amusantes. Cette année:

"Qu'est-ce qu'une loi de distribution ?"
"Ben, c'est comme ça : a(b+c) = ab + ac"

Il y a quelques années :

"Tu sais d'où vient le mot cartésien ?"
"Oui, de Monsieur Cartès !"

Denis Feldman a mis en ligne son cours de mathématiques. La navigation est assez déroutante, mais on trouve de très belles choses, notamment le blog de l'auteur. L'index thématique permet de voir en un coup d'oeil ce qui concerne les mathématiques.
Un site très riche où l'on peut passer des heures. De plus, l'auteur est un grand amateur de go.

La vague mexicaine ou la ola, qui est devenue célèbre lors de la coupe du monde de football en 1986, surgit parmi les rangées de spectateurs dans un stade lorsque quelques spectateurs se mettent sur leurs pieds, lèvent leurs bras et ensuite s’asseyent à nouveau alors que les spectateurs voisins en font de même. Pour interpréter et quantifier ce comportement collectif, les auteurs de l’article ont développé plusieurs modèles en se basant, notamment, sur des enregistrements vidéo de vagues se déroulant dans des stades de football. Ils ont constaté que la vague se déplace généralement dans le sens des aiguilles d’une montre à une vitesse d’environ 12 mètres par seconde (ou 20 sièges) et a une largeur d’environ 6 à 12 mètres (une moyenne de 15 sièges). Elle est générée par moins d’une douzaine de spectateurs se levant simultanément et ensuite elle s’étend à l’ensemble de la foule lorsqu’elle acquiert une forme stable quasi linéaire.

A voir : Mexican Wave (en anglais)
A lire : Mexican waves in an excitable medium de I. Farkas, D. Helbing et T. Viscek, département de physique biologique, Eötvös, volume 419, 12 septembre 2002, Nature Publishing Group.

Il existe plusieurs sites intéressants sur les Eléments d'Euclide. Il y a d'abord une traduction française numérisée par la BnF au format PDF. Plus agréable dans sa présentation, et toujours en français LES ELEMENTS D'EUCLIDE - TRADUCTION F. PEYRARD (1819), par J.F. Gilles. Euclid's Element, de David Joyce, présente une traduction en anglais du texte original, accompagnée d'illustrations en Java de toutes les constructions géométriques.

Vous connaissez peut-être cette boutade : "Cette feuille est tellement mince qu'elle n'a plus qu'un seul côté". Eh bien, il existe bel et bien un objet qui n'a qu'un seul côté, c'est le ruban de Möbius. Il est facile à construire. Prenez une bande de papier et tenez-la aux extrémités. Tournez votre main droite (ou gauche) d'un demi-tour et collez les deux extrémités. C'est fait. Vous avez obtenu la figure dessinée sur le timbre brésilien ci-contre.
Maurits Cornelis Escher (1898-1972), mon peintre préféré, a utilisé plusieurs fois le ruban de Möbius dans ses tableaux. Le plus célèbre est sans doute celui-ci :

RUBAN DE MÖBIUS II (1963)
Si vous suivez les fourmis, vous constaterez qu'elles sont bien toutes du même côté...

A voir : Le ruban de Möbius

Google a lancé en test fermé un logiciel en ligne de type « tableur » nommé « Google Spreadsheets ». Cet outil gratuit permet de créer des feuilles de calcul directement sur le Web et de les partager avec d'autres utilisateurs. Il est également possible d'échanger par clavardage avec d'autres internautes tout en travaillant sur le même document. Il est également possible d'importer des documents aux formats .CSV ou .XLS (Excel). Enfin, l'outil n'est compatible qu'avec les navigateurs IE 6 (Windows) et Firefox.

Dernière semaine de cours. Les notes sont mises, donc les élèves ne veulent plus bosser. C'est l'occasion de se détendre et de s'amuser un peu. Depuis plusieurs années, j'ai trouvé LA solution pour passer un bon moment ensemble, c'est le jeu des Loups-Garous de Thiercelieux. C'est d'ailleurs le seul jeu que je connais auquel on peut jouer jusqu'à 18 personnes. Il tire son inspiration d'un jeu russe nommé "Mafia". Il s'agit de découvrir parmi les habitants d'un village (représenté par l'ensemble des élèves) 3 ou 4 loups-garous qui, chaque nuit, étripent un villageois.
Le seul bémol, à mon avis, est que les élèves éliminés tôt sont passifs jusqu'à la fin de la partie, mais ça n'a pas l'air de les gêner. Il est vrai qu'il est aussi intéressant de voir comment se déroule la partie pour découvrir la tactique de chaque élève.
Je signale pour tous mes élèves devenus fans (c'est-à-dire à peu près tous) qu'une extension est sortie récemment.

A voir : le site officiel des Loups-Garous de Thiercelieux

L'homme, cet arrière-neveu du limaçon qui rêva de justice et inventa le calcul intégral.

Jean Rostand

Un extrait de film, américain je pense, où Ma & Pa Kettle démontrent que 25/5=14. C'est évidemment en anglais, mais comme ils écrivent au tableau, on comprend très bien ce qui se passe...

Le livre Flatland - A romance of many dimensions, de Edwin A. Abbot est disponible en ligne.
Une version française est aussi disponible.

On imagine habituellement le ballon de foot parfaitement rond mais, quand on y regarde de plus près, on s'aperçoit qu'il est formé de plusieurs morceaux, selon un arrangement qui vise à rendre le ballon aussi rond que possible. Les morceaux du ballon sont des polygones réguliers, pas tous les mêmes. Avec des morceaux tous identiques on ne peut fabriquer que des solides platoniciens qui ne sont pas bien ronds : vous imaginez-vous jouer au foot avec un ballon en forme de cube ?
Le ballon standard est formé d'hexagones et de pentagones réguliers. À chaque sommet trois morceaux se rejoignent. Si on ne prenait que des hexagones, on obtiendrait une figure plate comme un réseau de nids d'abeilles ; un seul hexagone et deux pentagones à chaque sommet, cela donnerait un sommet trop marqué (trop pointu).
On prend donc deux hexagones et un pentagone pour rendre la structure la plus sphérique possible. Si on fait la même combinaison à tous les sommets on obtient une structure homogène. En particulier, on voit que deux pentagones ne se touchent jamais. Demandons-nous combien il y a de pentagones et d'hexagones au total. Bien sûr, nous pourrions les compter. Mais on peut se tromper et compter deux fois le même morceau. Il y a des moyens ingénieux pour compter...
Par exemple si on tient le ballon avec un pentagone au sommet ; il y en a alors un autre en bas et les autres pentagones forment deux ceintures de 5 pentagones chacun. Au total cela fait 1 +1 +5 +5 =12 pentagones. Et combien d'hexagones ? Pour les compter, utilisons le nombre de pentagones: chaque pentagone a 5 voisins hexagonaux. Mais chaque hexagone a exactement 3 pentagones pour voisins, donc chaque hexagone est compté trois fois. Au total on obtient pour le nombre d'hexagones 12 × 5 / 3 =20. Vous imaginez la difficulté pour assembler un modèle en papier formé de 12 pentagones et de 20 hexagones !

Maintenant pensez au nombre de côtés, c’est-a-dire de segments qui sont à la frontière de deux faces. Il y en a beaucoup, leur nombre paraît compliqué à calculer sans faire d’erreurs... mais il y a un truc ! Une formule relie ces nombres : c’est la formule d’Euler, du nom d’un très grand mathématicien suisse, Leonhard Euler (1707-1783). Notons S le nombre de sommets, A d’arêtes, F de faces. On a : S − A + F = 2.
La formule est valable pour tous les solides fabriqués comme le ballon de foot avec des faces qui se rencontrent suivant des arêtes ; une seule restriction : le solide doit être convexe, c’est-à-dire ne contenir ni partie rentrante ni trou. Si on applique cette formule pour le ballon de foot on trouve : A = 60 + 32 − 2 = 90.

Ce ballon traditionnel va peut-être disparaître au profit d'un autre plus performant : le Teamgeist. Conçu par Adidas - fournisseur du ballon de la Coupe du monde depuis 1970 -, le ballon officiel de la Coupe du monde 2006 frôle la perfection en la matière. Aux dires du géant allemand, ce fruit de trois ans d'efforts est trois fois plus précis que ses concurrents.
Première révolution: le ballon ne comporte que 14 morceaux de cuir artificiel quand ses ancêtres en traînaient 32. Adieu donc les traditionnels 12 pentagones et 20 hexagones. Place aux bandes en forme de langue et d'hélice. Ces panneaux permettent d'obtenir une surface externe parfaitement lisse et ronde. Il traverse ainsi l'air avec plus de précision et moins de résistance.
Seconde révolution: les éléments ne sont pas cousus entre eux mais thermocollés au laser. Une technique inventée par Adidas qui le rend quasi étanche.

Source : LES SECRETS MATHÉMATIQUES DU BALLON DE FOOT par Albrecht Beutelspacher, Allemagne, article paru dans MATHÉMATIQUES BUISSONNIÈRES en Europe, pages 4-6
A voir : Icosaèdre tronqué

Question : dans une équipe de foot de la coupe du monde, quelle est la probabilité que deux joueurs soient nés le même jour (mais pas forcément la même année) ?

Pour ce calcul, il est plus aisé de déterminer la probabilité que deux joueurs ne soient pas nés le même jour. Avec un seul joueur, que nous nommerons Arthur, pas de coïncidence possible: la probabilité cherchée est donc égale à un. Voici qu'arrive Bernard. Son anniversaire peut être l'un des 365 jours de l'année, mais, comme Arthur est né l'un de ces jours, la probabilité d'avoir des dates distinctes est égale à 364/365 (le quotient du nombre de cas favorables et du nombre de cas possibles). Puis arrive Claude. Il reste 363 dates non prises, d'où la probabilité d'avoir une date distincte des deux autres, qui est de 363/365. La probabilité combinée d'avoir trois dates distinctes est égale au produit (364/365) x (363/365) (de la même façon que la probabilité d'obtenir deux face de suite, à pile ou face, est égale à 1/2 x 1/2).
Nous voyons apparaître la formule générale. Lorsque Denis arrive dans l'équipe, la probabilité d'avoir quatre dates distinctes est égale à : (364/365) x (363/365) x (362/365). Plus généralement, lorsqu'il y a n personnes dans l'équipe, la probabilité d'avoir n dates différentes est : (364/365) x (363/365) x ... x ((365 - n + 1)/365)).
Il nous suffit donc de calculer les valeurs successives de cette expression pour savoir à partir de quel n elle devient inférieure à 1/2. Vingt-deux joueurs ont une probabilité de 0,524 d'avoir des dates de naissance toutes distinctes, et ce résultat descend à 0.493 pour 23 joueurs. Donc, dès que 23 joueurs forment une équipe, la probabilité d'une coïncidence au moins est 1-0.493, soit 0.507 : l'événement est légèrement plus probable que son contraire.

Voyons ce qui se passe pour le Mondial de 2006. La FIFA fournit sur le site officiel de la coupe du monde la liste des joueurs de toutes les équipes et donne leur date de naissance. Sur les 32 équipes, j'en ai trouvé 22 (!) avec des joueurs nés le même jour :

• Allemagne (5 novembre)
• Angleterre (12 février)
• Argentine (5 février)
• Brésil (7 octobre)
• Corée du Sud (9 juillet)
• Costa Rica (30 décembre)
• Côte d'Ivoire (4 juin)
• Croatie (15 octobre)
• Tchéquie (30 mars)
• Espagne (1er septembre)
• France (23 juin)
• Iran (23 septembre)
• Japon (25 juillet)
• Mexique (14 août)
• Paraguay (22 janvier)
• Pays-Bas (29 octobre)
• Serbie-Monténégro (29 octobre)
• Suède (3 octobre)
• Suisse (30 mars)
• Togo (7 janvier)
• Ukraine (2 janvier)
• USA (24 mai)

On peut même aller plus loin. Parmi ces 22 équipes il y a théoriquement 1 chance sur 2 d'en trouver deux avec un anniversaire commun. Eh bien c'est le cas: le 29 octobre !

A lire : L'anniversaire, l'art des coïncidences, l'intuition trompeuse