Grand oral du bac : LES MATHEMATIQUES
Publié le 29/01/2019
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Vers 1840-1850, l’algèbre connut un grand bouleversement : elle devint l’étude des relations qui existent entre tous les objets possibles. C’est ainsi que l’algèbre moderne prit son essor à partir de 1900. Parmi les mathématiciens qui fondèrent cette nouvelle algèbre, on peut citer le Français Évariste Galois (1811-1832), qui, s’inspirant des travaux de Lagrange, fut à l’origine de la théorie des groupes de substitution, le Britannique Arthur Cayley (1821-1895), qui définit la notion de groupe abstrait, le Norvégien Niels Henrik Abel (1802-1829), qui précisa la notion de groupe commutatif, et le Norvégien Sophus Lie (1842-1899), auteur de travaux sur les groupes continus de transformations (groupes de Lie). Ainsi, l’algèbre se mit à étudier des structures
mathématiques telles que les groupes, les anneaux et les corps.
D’autre part, la représentation géométrique plane des nombres complexes amena l’Irlandais William Rowan Hamilton (1805-1865) à introduire les quaternions en 1843, généralisant cette représentation à l’espace ; le mathématicien et physicien allemand Josiah Willard Gibbs (1839-1903) fut à l’origine de l’analyse vectorielle et l’Allemand Hermann Günther Grassmann (1809-1877) exposa la théorie du calcul vectoriel aux espaces à plusieurs dimensions. Allant plus loin, l’Allemand Félix Klein (1849-1925) écrivit son Programme d’Erlangen en 1872, dans lequel il classe les géométries en fonction de leurs groupes de transformations.
Les travaux du logicien britannique George Boole (1815-1864), introduisirent l’algèbre booléenne, utilisée dans la conception des ordinateurs.
Depuis le début du xxe siècle, les mathématiques se sont développées à un rythme effréné. L’Allemand David Hilbert (1862-1943), qui influença considérablement les mathématiques, étudia la théorie des groupes et la géométrie. Dans ses Fondements de la géométrie (1899), il substitua à la géométrie euclidienne
un système fondé sur vingt et un axiomes abstraits, concernant des points, des droites et des plans, ainsi que de six types de relations entre eux. Hilbert essaya d’axiomatiser les mathématiques. Cela s’avéra impossible, ce qui fut démontré par le logicien américain Kurt Gôdel (1906-1978) en 1931.
Le xxe siècle est caractérisé par une abstraction et une généralisation des mathématiques. De plus, l’ordinateur, qui stocke et gère des milliers d’instructions, aide les mathématiciens à résoudre certains problèmes délicats. Ainsi, en 1976 a été démontré le théorème des quatre couleurs selon lequel, pour colorier les régions limitrophes d’une carte quelconque, quatre couleurs suffisent. Aujourd’hui, les sciences et les technologies, la finance même, sont des dommaines hautement tributaires des mathématiques.
Les mathématiques grecques
Les Grecs adoptèrent les connaissances mathématiques des Mésopotamiens et des Égyptiens. Les mathématiques grecques étaient centrées sur la géométrie, dont le fondateur serait le philosophe Thalès (v. 625-547 av. J.-C.). Pythagore (v. 570-480 av. J.-C.) et ses disciples accordaient un rôle primordial aux nombres entiers, considérés comme l’essence du monde. À leur grande surprise, ils montrèrent que, dans un carré, le rapport de la diagonale au côté n’est pas un entier mais un nombre irrationnel : Vï
Aux Ve et ive siècles av. J.-C., les mathématiques connurent un essor prodigieux en Grèce. Les Éléments de géométrie, ouvrage fondamental d’Euclide (ni' siècle av. J.-C.), contiennent une grande part des connaissances mathématiques élémentaires, découvertes à cette époque, concernant la géométrie des polygones et des solides, le cercle, la théorie des nombres, la théorie des incommensurables, ainsi que celle des aires et des volumes. Dans cet ouvrage, Euclide introduisit un système hypothético-déductif, posant les bases de la géométrie dite «euclidienne»: à partir de vérités premières (axiomes), il effectuait un raisonnement logique et parvenait, de proche en proche, à l’établissement de théorèmes.
Ainsi, les Grecs pratiquaient une géométrie dite démonstrative, fondée sur une utilisation du langage et confrontaient les arguments pour
«
Les
mathématiques
démontrer un théorème.
Ils posaient des pro
blèmes dont la résolution impliq uait la
construction d'une figure avec une règle et un
compas.
Archimède (287-212 av.
J.-C.), quant à lui, étu
dia les caractéristiques de figures géométriques,
comme la surface et le volume de la sphère,
et introduisit les notions d'infiniment petit et
de limite.
Ces notions permirent la découverte
du calcul infinitésimal au Xvii' siècle.
Vers la fin
du Il' siècle av.
J.-C., l'astronome Hipparque
(v.
190-120 av.
J.-C.) créa un système de mesure
des angles, la trigonométr ie.
Au m' siècle apr.
J.-C.,
Diophante se consacra à la résolution d'équa
tions à plusieurs inconnues.
Le Moyen Âge et la Renaissance
Au Moyen Âge, les Arabes conservèrent et trans
mirent les connaissances mathématiques des
LA RÉSOLUTION
D'ÉQUATION
• Équations du premier degré:
Elles sont de la forme ax+b=O.
(a et b étant deux nombres réels).
1° si a; 0, deux solutions réelles:
- b+Vb
2- 4ac
.
x , .
2a
- b- Vb2 -4ac
.
x 2
'
2a
2° si b2- 4ac= 0, une solution réelle:
x= -b; 2a
3" si b2 -4ac < 0, deux solutions complexes:
- b+i V-
(b'- 4ac)
.
x , •
et F=-1 2a
-b-iV-(b 2-4ac)
x 2
2a .
Pythagore,
i entouré
ici de a prêtres égyptiens,
a élaboré
une philosophie fondée
sur les nombres,
principes des choses
et de l'harmonie
universelle.
Il a créé
une école dont
les théorèmes ont été
reformulés par Euclide.
Le pythagorisme
concerne surtout
l'arithmétique, dans
une perspective
mystique.
Mathématicien, �
astronome
et poète persan, Umar
Khayyam est l'auteur
d'un traité d'algèbre
qui classe
les équations
cubiques selon leur
nombre de termes.
Il a étudié la théorie
des parallèles
et a préparé
la réforme de l'ancien
calendrier persan.
Grecs (savoir géométrique et astronomique,
équations diophantiennes) et des Indiens
(système de numération correspondant aux
«chiffres arabes»).
Ils perfectionnèrent l'arithmétique en repre
nant le système de numération décimal de posi
tion que les Indiens avaient probablement mis
au point entre le Il' et le vi' siècle apr.
J.-C.
et en
introduisant les fractions décimales.
Au XII' siècle,
le Perse Umar Khayyam (v.
1050-1123) géné
ralisa les méthodes indiennes d'extraction des
racines carrées et cubiques au calcul des racines
quatrièmes, cinquièmes ou d'ordre supérieur.
Al
Karaji compléta l'algèbre de Muhammad ibn
Musa Al-Khuwarizmi, en introduisant des poly- nômes
avec un nombre infini de termes.
Toutes
ces connaissances mathématiques furent, au
Xli' siècle, transmises à l'Occident grâce à la tra
duction des ouvrages arabes.
En Europe, il fallut attendre les XV' et XVI' siècles
pour qu'un mouvement mathématique renaisse,
notamment en Italie avec l'algébriste Niccolà Fon
tana dit Tartaglia (v.
149 9--1557), qui énonça une
théorie permettant de résoudre les équations du
troisième degré.
Il la confia au médecin et mathé
maticien italien Jérôme Cardan (1501-1576) qui
publia la méthode de Tartaglia, ainsi que celle de
l'Italien Ludovico Ferrari (1522-1565) sur la réscr
lu ti on des équations du quatrième degré.
Au XVI' siècle apparurent les symboles mathéma
tiques et algébriques: le Français François Viète
(1540-1603) introduisit des lettres pour représen
ter les quantités connues et inconnues et l'Alle
mand Christoff Rudolpff fut à l'origine du symbole
des racines (� .
Le xvue siècle
Au XVII" siècle, Pierre de Fermat (1601-1665), s'ins
pirant de l'Arithmétique de Diophante, créa la
théorie des nombres, en introduisant notamment
le fameux théorème de Fermat, qui ne fut démon
tré qu'en 1993 par le mathématicien britannique
Andrew Wiles (né en 1953).
D'après ce théorème,
l'équation a"+ b" = c" n'a pas de solutions entières
lorsque n est st�ctement supérieur à 2.
En 1614, l'Ecossais John Napier, dit Neper
(1550-1617), inventa les logarithmes en essayant
de simplifier les calculs des astronomes à partir
des tables trigonométriques.
En 1629, le Fla mand
Albert Girard (1595-1632) énonça la conjecture.
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