Archives par étiquette : Mathématiques

Archimède : Eurêka

On connaît le cri « Eurêka » prononcé par Archimède ; mais sait-on ce qu’il avait trouvé à ce moment-là ? Quel est le rapport en une couronne en or et les principes de l’hydrostatique ? 

Etre un scientifique, c’est être habité par des énigmes à chaque instant. C’est alors qu’il prenait un bain en s’interrogeant sur une enquête scientifique digne des plus grands romans policiers qu’Archimède trouva la solution de son problème et par là même la loi qui restera dans l’histoire sous le nom de « principe d’Archimède ». Pour préciser cette histoire abordée dans la vidéo, voici le récit complet qu’en fait Vitruve :

Quant à Archimède, il a certes fait bien d’admirables découvertes dans maints domaines, mais c’est encore celle que je vais exposer qui, parmi toutes les autres, témoigne, semble-t-il, d’une ingéniosité extrême. Hiéron de Syracuse, parvenu au pouvoir royal, avait décidé de placer dans un temple, en raison de ses succès, une couronne d’or promise par un vœu aux dieux immortels : il mit le prix de l’exécution en adjudication et il pesa à l’adjudicataire, au peson, l’or nécessaire. Celui-ci soumit en temps voulu son travail, exécuté à la main avec finesse, à l’approbation du roi et, à l’aide du peson, il fit la preuve, sembla-t-il, du poids de la couronne. 10. Quand Hiéron apprit par dénonciation qu’une certaine quantité d’or avait été ôtée et remplacée par l’équivalent en argent, incorporé à l’objet, votif, furieux d’avoir été berné, mais ne trouvant aucun moyen de mettre la fraude en évidence, il pria Archimède d’y consacrer pour lui ses réflexions. Et le hasard fit que, avec ce souci en tête, celui-ci alla au bain, et là, descendant dans la baignoire, il remarqua qu’il s’en écoulait une quantité d’eau égale au volume de son corps, quand il s’y installait. Cela lui révéla le moyen de résoudre son problème : sans tarder, il bondit plein de joie hors de la baignoire et, prenant tout nu le chemin de sa maison, il manifestait à voix haute, à tout venant, qu’il avait trouvé ce qu’il cherchait. Car dans sa course il ne cessait de crier, en grec : « J’ai trouvé, j’ai trouvé ! »[1]. 11. Alors, mis ainsi sur le chemin de sa découverte, il fabriqua, dit-on, deux lingots de poids égal – qui était aussi celui de la couronne – l’un d’or, l’autre d’argent. Cela fait, il remplit d’eau jusqu’au bord un grand vase, dans lequel il plongea le lingot d’argent. Il s’écoula une quantité d’eau égale au volume immergé dans le vase. Ainsi, une fois le lingot retiré, il y versa à nouveau la quantité d’eau manquante, en mesurant avec un setier, de manière que, comme tout à l’heure, le niveau affleurât le bord. Il trouva ainsi le poids d’argent déterminé correspondant à une quantité d’eau déterminée. 12. Cette expérience faite, il plongea alors de la même manière le lingot d’or dans le vase plein, et, après l’avoir retiré, il fit alors sa mesure suivant une méthode semblable : parlant de la quantité d’eau nécessaire, non pas égale mais plus faible, il trouva dans quelle proportion, à poids égal, le lingot d’or était moins volumineux que celui d’argent. Or ensuite, après avoir rempli le vase et plongé cette fois la couronne dans la même eau, il trouva qu’il s’était écoulé plus d’eau pour la couronne que pour le lingot d’or de poids égal, et ainsi, partant du fait qu’il manquait plus d’eau dans le cas de la couronne que dans celui du lingot, il mit en évidence par son raisonnement l’alliage d’argent dans l’or et la fraude patente de l’adjudicataire.

De l’architecture, IX, Praef., 9-12 (édition C.U.F.)

 

[1] εὕρηκα, εὕρηκα, en grec dans le texte latin de Vitruve.

L’idée du nombre

Article et vidéo initialement publiés sur La vie des Classiques

Nous utilisons les nombres tous les jours, mais quelle est la signification du mot « nombre » et quelles connexions inhérentes à ce concept peut-on dénicher ? Venez voyager entre mathématiques, épistémologie et étymologie !

Cet épisode parle des nombres, mais aucune mention n’a été faite de l’arithmétique. Pour pallier l’incomplétude d’une vidéo qui se doit d’être assez brève. 

Le terme arithmétique dérive du grec arithmos qui désigne le nombre (c’est donc la traduction grecque du latin numerus), mais aussi le rythme (tout comme numerus désignait la mesure en musique) et donnera d’ailleurs l’anglais rhyme qui désignait anciennement un nombre et plus récemment une rime et, par métonymie, un poème.

Mais arithmos n’a pas la même origine que numerus : le terme grec est certainement[1] à mettre en relation avec le verbe sanskrit ar, qui signifie adapter, ajuster, et dont dérive le verbe grec harmozô qui a le même sens, parent direct du terme harmonie. D’autre part, le participe passé passif de ce même verbe sanskrit ar est rita qui donne les termes français rite et rituel.

Ce que porte en soi le terme arithmétique est donc cet ordonnancement du monde, cette harmonie universelle à laquelle les pythagoriciens étaient si attachés et qu’ils traduisent notamment par la tetractys (cf. épisode 5), figure hautement symbolique puisqu’intimement liée au rite d’initiation de la secte. Pensons bien que les rituels sont des manières de contrôler l’univers pour s’attirer les faveurs divines tout comme la commensurabilité permet de contrôler l’univers par le biais des nombres. Si les nombres sont intimement liées aux choses comme le pensait Pythagore, alors il est logique que l’arithmétique, science des nombres, soit aussi gage de l’harmonie du monde, du cosmos. Cela explique naturellement le fondement même de la gamme pythagoricienne, basée sur des rapports de nombres (cf. épisode 2)

[1] Il existe un débat opposant d’une part les partisans d’une racine indo-européenne commune aux termes arithmétique et rite et d’autre part ceux qui verraient deux racines proches mais distinctes. Nous faisons ici le pari que l’origine est commune.

 

Le nombre imaginaire

Article et vidéo initialement publiés sur La vie des Classiques

Voici la fabuleuse histoire des nombres complexes de Cardan à Gauss !

Dans la vidéo sur le nombre imaginaire, il n’est pas fait mention du fameux Rafael Bombelli qui énonça les règles de calcul du nombre imaginaire, un peu à la mode du « les ennemis de mes ennemis sont mes amis » pour faire comprendre que moins par moins donne plus. Voici leur écriture originale et leur traduction en écriture moderne :

Più via più di meno, fa più di meno. (+ 1 ) × (+ i) = + i
Meno via più di meno, fa meno di meno. (-1 ) × (+ i) = – i
Più via meno di meno, fa meno di meno. (+ 1 ) × (- i) = – i
Meno via meno di meno, fa più di meno. (-1 ) × (- i) = + i
Più di meno via più di meno, fa meno. (+ i ) × (+ i) = – 1
Più di meno via men di meno, fa più. (+ i ) × (- i) = + 1
Meno di meno via più di meno, fa più. (- i ) × (+ i) = + 1
Meno di meno via men di meno, fa meno.

(- i ) × (- i) = – 1