Le blog-notes mathématique du coyote

Le lézard ocellé fait exception dans le règne animal, sa coloration s'organise à l'échelle de l'écaille plutôt que de la cellule. Des chercheurs lémaniques démontrent que la chose peut être expliquée par un système mathématique inventé en 1948 par John von Neumann.

Equations de Turing impuissantes

Chez tous les animaux, du poisson-clown au léopard, les changements de couleur de peau et les dessins qu'ils produisent sont dus à des interactions microscopiques qui se déroulent au niveau cellulaire et que décrivent parfaitement les équations du mathématicien Alan Turing. Mais pas chez le lézard ocellé (Timon lepidus), comme l'indiquent ces travaux publiés dans la revue Nature.
Une équipe de biologistes, physiciens et informaticiens dirigée par Michel Milinkovitch, de l'Université de Genève (UNIGE) et de l'Institut suisse de bioinformatique (SIB), s'est penchée sur la transformation graduelle de la peau de ce lézard. Du brun chez le jeune, elle passe à un labyrinthe d'écailles vertes et noires chez l'adulte.
Cette observation ne correspond pas au mécanisme découvert en 1952 par Alan Turing, impliquant des interactions au niveau cellulaire. Pour comprendre pourquoi le patron de coloration s'organise à l'échelle des écailles plutôt qu'à celle des cellules biologiques, deux doctorantes, Liana Manukyan et Sophie Montandon, ont suivi la coloration de plusieurs lézards pendant quatre ans, depuis leur sortie de l'oeuf jusqu'à l'âge adulte. Elles ont reconstruit la géométrie 3D et la couleur du réseau d'écailles au moyen d'un système robotique à très haute résolution, développé précédemment dans le laboratoire du Pr Milinkovitch, a indiqué mercredi l'UNIGE dans un communiqué.

Premier cas chez un être vivant

Les chercheurs ont observé que non seulement les écailles changent de couleur du brun au noir ou au vert, mais qu'elles continuent, une fois le lézard adulte, de passer du noir au vert et du vert au noir. Cette observation étrange a poussé le Pr Milinkovitch à formuler une hypothèse: le réseau d'écailles forme un «automate cellulaire», un système computationnel ésotérique inventé en 1948 par le mathématicien John von Neumann.
Les automates cellulaires sont des réseaux abstraits dans lesquels chaque élément change d'état - en l'occurrence la couleur verte ou noire - en fonction de l'état des éléments voisins. Les éléments sont appelés «cellules», mais dans le cas des lézards, ils correspondent aux écailles et non aux cellules biologiques. Si ces automates ont été largement utilisés pour modéliser des phénomènes naturels, l'équipe de l'UNIGE a découvert ce qui semble être le premier cas de véritable automate de von Neumann apparaissant chez un être vivant.
L'analyse du changement de couleur sur quatre ans a permis aux chercheurs de confirmer l'hypothèse du professeur Milinkovitch: les écailles changent effectivement de couleur en fonction de la couleur des écailles voisines. Ce résultat est appuyé par des simulations informatiques utilisant cette règle mathématique et qui produisent des patrons de couleur identiques à ceux des vrais lézards.

Modèles superposés

Il fallait alors comprendre comment les deux modèles mathématiques se retrouvent liés chez le lézard ocellé. En particulier comment des interactions microscopiques entre des cellules pigmentaires, décrites par les équations de Turing, peuvent produire un automate de von Neumann exactement superposé aux écailles de la peau.
La peau du lézard n'est pas plate: très fine entre les écailles, elle est beaucoup plus épaisse en leur centre et cette variation d'épaisseur peut influer sur le mécanisme de Turing. Par le biais de simulations informatiques tenant compte de la géométrie de la peau, les chercheurs ont fait émerger un comportement d'automate de von Neumann. Ils ont ainsi démontré que les «automates cellulaires» comme systèmes de calcul ne forment pas simplement un concept abstrait imaginé par John von Neumann, mais correspondent également à un processus naturel généré par l'évolution biologique.

La boucle est bouclée

Malgré ce succès, les simulations restaient imparfaites, les mathématiques de Turing et celles de von Neumann étant très différentes. Michel Milinkovitch a fait alors appel au professeur de l'UNIGE Stanislav Smirnov, lauréat 2010 de la Médaille Fields en mathématiques.
Le Pr Smirnov modifia alors les équations de Turing pour établir un lien mathématique formel avec les automates de von Neumann. Anamarija Fofonjka, doctorante dans l'équipe du Pr Milinkovitch, a utilisé ces nouvelles équations de Smirnov dans des simulations informatiques, produisant un système indifférenciable d'un automate de von Neumann.
L'équipe multidisciplinaire bouclait ainsi la boucle de cette aventure scientifique, de la biologie à la physique, aux mathématiques, et retour à la biologie. (ats/nxp)

Source : Tribune de Genève

Tombé l’autre jour sur un problème idiot mais intéressant : calculer le 10¹⁹ ème terme de la suite de Fibonacci. Idiot parce que ça ne sert à rien. Intéressant parce que ça sous-entend qu’il existe une manière de calculer le n-ième terme de cette suite définie par récurrence sans calculer tous les termes précédents. En effet, calculer les termes les uns après les autres prendrait dans les 300’000 ans à raison d’une microseconde par terme…

Lire l'article du Dr Goulu sur son blog Pourquoi comment combien

Nous présentons un modèle de statistique bayésienne permettant de construire une chronologie d’événements archéologiques. Ce type de modélisation permet d’intégrer à la fois des datations archéométriques, par exemple un âge radiocarbone, et l’ensemble des connaissances a priori telles que des dates historiques ou les relations stratigraphiques observées sur le site de fouille.

Lire l'article d'Anne Philippe et Marie-Anne Vibet sur Images des mathématiques.

On vous donne deux œufs, et l'accès à un immeuble de 100 étages. Les deux œufs sont identiques. Le but est de trouver l'étage de plus élevé à partir duquel un œuf ne se brisera pas en tombant d'une fenêtre de l'étage.
Si un œuf est tombé sans se casser, il est en bon état et peut être réutilisé.
Si un oeuf chute de l'étage n et se casse, alors il se cassera aussi en tombant d'un étage plus élevé. Si un œuf résiste à une chute, il résistera à toute chute d'un étage inférieur.

Quelle stratégie adopter afin de minimiser le nombre de lâchers d'oeuf pour trouver l'étage le plus élevé (et quel est ce nombre de lâchers, dans le pire des cas) ?

La réponse se trouve sur la page The Two Egg problem.

En l'an 2000, l'Institut de mathématiques Clay (États-Unis) a publié une liste de sept problèmes non résolus et qualifiés de « problèmes du millénaire ». Parmi eux, celui de l'hypothèse de Riemann est peut-être le plus célèbre. L'institut promet depuis une récompense d'un million de dollars à qui découvrira sa solution. Ira-t-elle bientôt à des chercheurs de l'université Brunel, à Londres (Royaume-Uni) ?

Lire l'article de Nathalie Mayer sur Futura Sciences.

À moins de quinze jours du premier tour de la présidentielle, c'est la grande confusion.
Bien des débats agitent l’interprétation que l’on peut faire des sondages d’intention de vote et leur fiabilité. Que ce soit la méthode de collecte –par internet, par téléphone ou en face à face ; en auto-administration ou via un enquêteur ; en recevant des incitations matérielles à répondre ou pas, etc.–, la prise en compte ou non du degré de certitudes des répondants pour leurs choix, ou encore l’existence de phénomènes de sous-déclaration de la part d’enquêtés qui auraient une gêne à exprimer la réalité d’un choix qu’ils sauraient être mal vu dans la société.

Lire l'article d'Arnaud Mercier sur Slate.fr.

Le site www.multimagie.com propose, pour faire avancer douze problèmes non encore résolus sur les carrés magiques, douze prix pour un total de 8000 €. L'une de ces énigmes a été résolue en août 2016 par Sébastien Miquel. Cet étudiant en thèse a construit le plus petit carré magique connu qui soit à la fois additif et multiplicatif. Il s'agit d'un carré 7x7, de somme magique 465 et de produit magique 150'885'504'000. Sa découverte a nécessité 600 heures de calculs.

Math Goes to the Movies
Burkard Polster, Marty Ross
John Hopkins University Press (7 septembre 2012)
252 pages

The first several chapters discuss in detail specific popular movies containing significant mathematics, such as Good Will Hunting (1997). The later chapters present lots of fun mathematical movie trivia. Some other movies which the book goes into detail with are Stand and Deliver (1988), A Beautiful Mind (2001), Pi (1998), and It's My Turn (1980). As mentioned, the later chapters present lots of fun mathematical movie trivia. For example, in Die Hard with a Vengeance ("Die Hard 3"), the characters played by Bruce Willis and Samuel L. Jackson are given various puzzles by the character played by Jeremy Irons. Some of these are mathematical in nature and are discussed in detail.
A good sense of what the book is about can be determined from a list of chapter titles.

1. Good math hunting
2. The clever hand behind "A Beautiful Mind"
3. Escalante Stands and Delivers
4. The annotated Pi files
5. Nitpicking in Mathmagic land
6. Escape from the Cube
7. The incredible shrinking room
8. Murder in the hot house
9. A word problem for die hards
10. 7×13=28
11. One mirror has two faces, two mirrors have ...
12. It's my turn for some serious mathematics
13. Beautiful math, or better off dead
14. Pythagoreas and Fermat at the movies
15. Survival in the fourth dimension
16. To infinity and beyond!
17. Problem corner
18. Money-back bloopers
19. The funny files
20. People lists
21. Topic lists

Les figures de l'ombres
Margot Lee Shetterly
HarperCollins (15 février 2017)
448 pages

Présentation de l'éditeur
Le livre qui a inspiré le film - 3 nominations aux Oscars 2017
Armées de simples crayons et de règles, elles ont propulsé les États-Unis en tête de la course à la conquête spatiale. Les «ordinateurs de couleur». Tel était le descriptif de poste des mathématiciennes afro-américaines Dorothy Vaughan, Mary Jackson, Katherine Johnson et Christine Darden, employées à la NASA dans les années soixante.
Grâce à ces femmes, les États-Unis envoyaient l’astronaute John Glenn en orbite en 1962, dix mois seulement après Youri Gagarine. Pourtant, leurs noms sont restés inconnus du grand public pendant des décennies. Dans une Amérique rongée par la ségrégation raciale, sans compter le sexisme auquel elles devaient faire face, leurs carrières ont été, pour ainsi dire, oblitérées.
Récompensée notamment par la Virginia Foundation for the Humanities pour ses recherches sur l’histoire des femmes dans l’informatique, Margot Lee Shetterly réhabilite aujourd’hui ces héroïnes de l’ombre dans ce document exceptionnel, adapté au cinéma par Théodore Melfi.

Unique en France, la MMI (la Maison des Mathématiques et de l'Informatique) est un centre de médiation des savoirs dédié aux sciences mathématiques et informatique via une approche vivante, ludique et pluridisciplinaire. C’est un lieu où convergent : science, art, musique, histoire, architecture… pour une expérience nouvelle !
À l’origine de la MMI se trouve un prestigieux mathématicien : Étienne Ghys, directeur de recherche au CNRS (ENS de Lyon), membre de l’Académie des sciences, lauréat du premier prix Clay de la diffusion des mathématiques. Talentueux et engagé, il imagine ce lieu chaleureux consacré à la culture mathématique et informatique, rapprochant chercheurs et citoyens.

Aujourd'hui, plus que jamais, les mathématiques non seulement expliquent le monde, mais aussi le transforment. Sans elles, ni GPS ni téléphone portable, ni fusées ni robots, ni transplantation cardiaque ni prothèse high-tech. Pas d'Internet non plus, pas de tweets et autres réseaux sociaux…Mais comment est-on passé du calcul sur les doigts à la machine de Turing ?

C'est ce que nous vous proposons de découvrir dans ce hors-série, en lisant les textes les plus importants de l’histoire des mathématiques. Certes la complexité va croissante au fil des siècles, mais ils sont expliqués et clarifiés par les meilleurs historiens des mathématiques.

Retrouvez Newton, Leibniz, Nash, Turing… Des personnalités hors du commun et leurs découvertes révolutionnaires, dans ce Point Références.

Avec Cédric Villani, Gérard Berry, Michel Broué, Catherine Goldstein, Mickaël Launay, Ian Stewart…

Étymologiquement, le mot cryptographie provient du grec : kruptos (caché) et graphein (écrire). Le cryptographe essaie donc de mettre en place des systèmes cryptographiques, ou cryptosystèmes, fiables pour chiffrer (ou sécuriser) des messages circulant dans un réseau de communication. De son côté, le cryptanalyste tente de disséquer le système utilisé afin de trouver des failles et d'obtenir une information à partir du message codé, appelé cryptogramme. Cryptographie et cryptanalyse font tous deux partie du domaine général qu'est la cryptologie : la science du secret.
On se place dans la situation suivante : deux personnes, habituellement dénommées Alice et Bob, échangent des informations via un réseau et un intrus, Charlie ou Eve, espionne les transmissions. Dans ce contexte, les quatre buts principaux de la cryptographie sont :

• la confidentialité : les textes codés et envoyés par Alice et Bob ne doivent pas être compris par Charlie ;
• l'authentification : Bob doit pouvoir être sûr que l'auteur du message est bien Alice et non une autre personne ;
• l'intégrité : le message d'Alice reçu par Bob n'a pas pu être modifié par Charlie lors de la transmission ;
• la non-répudiation : Alice ne peut pas nier être l'auteur et avoir envoyé son message une fois que celui-ci est transmis.

Lire l'article de Christophe Delaunay sur Images des mathématiques

Source : Une année au lycée, par Fabrice Erre, enseignant et auteur de BD

Récompense méritée pour le mathématicien Yves Meyer, principal inventeur des « ondelettes », cet outil qui permet de compresser les images au format JPeg 2000. Mais cette technique de traitement du signal, venue de la géologie, va bien au-delà, complétant en quelque sorte les transformées de Fourier, et a trouvé bien d'autres applications dans les sciences et les technologies. Les pavages de Penrose, eux aussi, doivent beaucoup à cet homme, chercheur éclectique.

Lire l'article de Jean-Luc Goudet sur Futura Sciences

Pour fêter le 1000e problème de la rubrique Affaire de Logique d'Élisabeth Busser et Gilles Cohen paraissant chaque semaine dans Le Monde depuis 20 ans, Tangente organise à partir du mercredi 22 mars un concours, gratuit et ouvert à tous, sur 25 semaines (problèmes 1001 à 1025).

Pour y participer, rendez-vous chaque semaine pour consulter le problème :

• Dans le cahier Sciences et médecine du journal Le Monde daté du mercredi ;
• Sur le site affairedelogique.com entre le mercredi 0h et le lundi suivant à minuit.

Cherchez le problème et donnez votre réponse sur le site www.affairedelogique.com

• Pour cela, identifiez-vous (ou inscrivez-vous, si ce n'est déjà fait)
• Remplissez les cases correspondant aux questions du problème
• Vous pouvez modifier votre réponse jusqu'au dernier moment
• Vous pouvez sauter une étape si vous savez pas résoudre un problème

Chaque semaine, vous marquerez un score compris entre 0 et 40. Les scores seront totalisés chaque semaine.
Il suffira de marquer 400 points sur les 1000 possibles pour remporter un prix.