Le blog-notes mathématique du coyote

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Nous savons tous qu'un point est une figure de dimension 0; qu'une ligne droite est un objet de dimension 1; qu'une surface plane est un objet de dimension 2; qu'un volume est de dimension 3... Ceci est la dimension euclidienne ou topologique (en réalité ces deux termes ne snt pas strictement synonymes). Qu'en est-il d'un objet fractal ?
Il existe plusieurs méthodes mathématiques pour exprimer la dimension d'un objet.
On peut tenter une approche simplifiée. Imaginons que je veuille mesurer la limite (supposée droite) entre deux terrains, que cette longueur soit de 10 m et que je dispose d'une règle de 1 m. Il est évident que je dois l'appliquer 10 fois le long de la limite pour faire la mesure. Si ma règle fait 0,5 m je devrai la reporter 20 fois. On voit que, si je divise par n la longueur de la règle je dois multiplier par n le nombre de fois où je la reporte, ce qui donne un rapport de n/n=1.
Si la longueur à mesurer est une courbe, on comprend qu'en utilisant une règle droite reportée n fois de la même manière on n'aura qu'une valeur approximative, notablement sous-évaluée. Plus la règle sera courte, plus l'opération sera fastidieuse, mais plus le résultat sera précis. Pour une règle suffisamment (infiniment) petite, si je divise par n sa longueur, je multiplie encore par n le nombre de fois où je l'applique le long de la ligne et j'obtiendrai la longueur exacte de la courbe. Ceci donne toujours un rapport de n/n, soit 1 (c'est vrai aussi si j'écris ln n/ln n, remarque qui va nous servir bientôt).
Imaginons maintenant que je veuille recouvrir une surface avec du carrelage. S'il me faut n carreaux de 20 cm de côté, et que changeant d'avis je veuille des carreaux de 10 cm de côté, je sais qu'il ne me faudra pas 2 fois plus de carreaux, mais 4 fois plus, puisque la surface est proportionnelle au carré des dimensions linéaires.
Autrement dit n'=n². Donc ln n'/ln n=ln n²/ln n=2 et ln n²/ln n=2. Chacun sait que 2 est la dimension euclidienne ou topologique de toute surface. On voit sans difficulté que cette relation se vérifie quelle que soit la taille choisie pour les carreaux. Cette manière de calculer la dimension est appelée dimension de Hausdorff-Besicovitch ou "dimension fractale". Le même raisonnement s'applique sans difficulté à la dimension 3 pour les volumes.
La dimension de Hausdorff-Besicovitch est souvent difficile à calculer, mais il existe des exemples simples. Sans entrer dans les détails on peut penser qu'un objet bizarre comme la courbe de Koch, qui a une longueur infinie tout en n'emplissant qu'une région très limitée du plan, doit avoir des propriétés très particulières. L'image ci-dessous montre en effet clairement que chaque fois qu'on réduit d'un facteur 3 la longueur de la règle, on multiplie par 4 le nombre de fois où l'on doit l'appliquer le long de la figure. Ceci démontre que sa dimension de Hausdorff-Besicovitch est égale à ln 4/ln 3=1,26…

• Les fractales, un dossier de Futura-Sciences, dont le texte ci-dessus est extrait.
• Dimension fractale

Une courbe de Peano est une fractale. Vous voyez ci-dessous les quatre premières itérations. Quand le nombre d'itérations tend vers l'infini, cette courbe passe par chaque point du carré unité. Bien que formée d'une simple ligne, elle est de dimension 2.
Cette courbe est nommée en l'honneur de Giuseppe Peano qui fut le premier à la décrire.

L’employée de maison d’un mathématicien célèbre, interrogée sur l’activité de celui-ci, répondit qu’il passait son temps dans son bureau à écrire sur des bouts de papier qu’il jetait ensuite consciencieusement à la poubelle.

Alain Connes

Tout le monde sait qu'il n'y a pas de prix Nobel en mathématiques. On connaît la médaille Fields, peut-être le prix Abel, mais saviez-vous qu'il y a une vingtaine d'autres distinctions ?

Adrian J.F. Leatherland produit des images à partir des nombres premiers, afin de visualiser leur distribution. Elles sont visibles sur son site Pulchritudinous primes. Il obtient des images qui ressemblent à des images astronomiques ou à un virus. Il a aussi créé une île qu'il a nommée Primes Island.

Proofs Without Words a été numérisé et est disponible sur Google Books.

TransMaths est un blog de Mihaï Stoënescu. Sa particularité est de contenir beaucoup de vidéos réalisées par l'auteur lui-même.

Le Futoshiki est le cousin du Sudoku avec, comme lui, des règles très simples :

• Comme dans le Sudoku, il faut placer les chiffres en ligne et en colonne sans répétition.
• Dans le Futoshiki, les seules indications pour obtenir une solution unique sont les signes < (inférieur) et > (supérieur) placés entre les cases. Ces signes sont à interpréter dans le sens mathématique du terme : la valeur d’une case doit être inférieure (ou supérieure) à celle de la case voisine.

• www.e-futoshiki.com
• www.dofutoshiki.com

Question d'un test :
On appelle « nombre palindromique » un entier qui est le même si on le lit de gauche à droite ou de droite à gauche (p. ex. 343, 1221, ...). Combien y a-t-il de nombres palindromiques entre 10 et 40'000 ?

Réponse d'une élève : 1'243'264

Présentation de l'éditeur
Rédigé dans une langue claire et accessible, cet ouvrage, illustré par Charb, constitue une véritable initiation à la pensée critique, plus que jamais indispensable à quiconque veut assurer son autodéfense intellectuelle. On y trouvera d'abord un large survol des outils fondamentaux que dort maîtriser tout penseur critique : le langage, la logique, la rhétorique, les nombres, les probabilités, la statistique, etc. ; ceux-ci sont ensuite appliqués à la justification des croyances dans trois domaines cruciaux . l'expérience personnelle, la science et les médias. " Si nous avions un vrai système d'éducation, on y donnerait des cours d'autodéfense intellectuelle. " Noam Chomsky

Biographie de l'auteur
Normand Baillargeon, auteur de " L'Ordre moins le pouvoir " et de " Les Chiens ont soif " chez le même éditeur, enseigne les fondements de l'éducation à l'Université du Québec à Montréal. Il collabore régulièrement au journal " Le Couac " et à la revue " A bâbord! "

Si l'on devait désigner un jour de l'année pour "une journée des mathématiques récréatives", je proposerais le 10 avril. En effet, grâce à Seshat, j'ai remarqué que deux des plus grands auteurs d'énigmes, Dudeney et Lucas, ont ce jour en commun : Henry Ernest Dudeney est né le 10 avril 1857, tandis que Samuel Loyd est mort le 10 avril 1911.

Les psychologues, les éducateurs, les cogniticiens et même les éthologues vous le diront : c’est par le jeu que les enfants et, plus généralement, les petits de mammifères apprennent. Le jeu leur sert à simuler la réalité et à mesurer les conséquences de leurs actes. Mais, parmi les animaux, l’humain est le seul à inventer un monde abstrait dans ses jeux. Ce goût pour l’abstraction donne à son activité ludique une apparence plus futile que les jeux de combat auxquels se livrent les lionceaux pour tester leur force physique.
Pourtant le raisonnement logique, l’évaluation des quantités et des probabilités, la vision tridimensionnelle et l’optimisation des circuits ont conféré une remarquable capacité d’adaptation à l’espèce humaine. Ainsi, d’un point de vue évolutif, le jeu d’esprit ne serait pas futile.
Aujourd’hui, l’homme est doté d’une imposante connaissance du monde, qu’il doit transmettre. Le jeu mathématique l’assiste dans sa tâche éducative, car, comme Leibniz le remarque encore : « Nous réussissons mieux ce que nous faisons avec plaisir. » Faites réciter à un enfant le théorème de Pythagore : il s’exécute avec un certain sens du devoir. Faites-lui la démonstration du théorème sans un mot, à l’aide de carrés accolés au triangle : son œil s’éclaire. En outre, le jeu mathématique ouvre des voies d’exploration de nouvelles mathématiques : théorie des nombres et code de Gray, géométrie et théorie des graphes, logique et théorie de la complexité, etc.
Foin de discours sur la pédagogie ! Il y a un siècle, le mathématicien Charles-Ange Laisant s’exclamait déjà : « Ceux pour qui le mot “instruire” est synonyme d’ennuyer – et quelquefois de torturer – sont de véritables malfaiteurs publics. » Nos bienfaiteurs sont les concepteurs de jeux mathématiques, tels que Samuel Loyd, Henry Dudeney, Édouard Lucas, Martin Gardner… et les auteurs du présent recueil.

Paul Patenaude propose et très joli et très complet lexique de mathématique. Avec plus de 700 mots et expressions, il vous donnera une définition simple et juste des termes et concepts abordés dans les cours de mathématique de l'enseignement primaire et secondaire.