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LEIBNIZ Gottfried Wilhelm
Leipzig, 1er juillet 1646 - Hanovre, 14 novembre 1716, Allemagne.
Leibniz fit ses études à l'Université de Leipzig, sa ville natale, et à l'Université de Iéna. Dès 1667, conseiller à la cour suprême de l'électorat de Mayence, il visita Paris et Londres. En 1676, il prit à Hanovre la place de bibliothécaire, qui lui fut accordée par le duc de Brunswick-Lunebourg. Il fonda, en 1700, avec l'aide de l'Electeur de Brandebourg, une Société des sciences à Berlin.
En 1712, il est nommé conseiller privé de Pierre le Grand de Russie, il vécut deux ans à Vienne. Il retourne ensuite à Hanovre et y meurt dans la solitude.
Il s'intéresse aux suites et aux séries, applique ses résultats aux problèmes de quadratures de nombreuses courbes. Ses travaux constituent les bases du calcul différentiel mais se seront ses successseurs prestigieux (BERNOULLI...) qui apporteront la rigueur délaissée par LEIBNIZ dans son approche.
Les intégrales doubles apparaissent à la fin du 17ème siècle chez BERNOULLI Jean (1667-1748) et l'allemand LEIBNIZ Gottfried Wilhelm (1646-1716). [Dieudo] p 25
Les notations : Pour en savoir plus =>
Il est considéré, après EULER, comme l'un des plus grands créateur de notations.
- Il introduit le d (abréviation de différence) pour noter la différentiation, dy/dx, le symbole ∫(qui vient du s de l'époque, première lettre de Summa, somme en latin).
- Il utilise le point . pour la multiplication, les deux points : pour la division.
- En outre, si le symbole = est introduit par RECORDE, c'est par Leibniz qu'il se généralise.
La notion de fonction : Pour en savoir plus =>
Le terme de fonction a été introduit par le mathématicien allemand LEIBNIZ Gottfried Wilhelm (1646-1716) en 1673 dans un manuscrit inédit "La Méthode inverse des tangentes ou à propos des fonctions".
"J'appelle fonctions toutes les portions des lignes droites qu'on fait en menant des droites indéfinies qui répondent au point fixe et aux points de la courbe ; comme sont les abscisse, ordonnée, corde, tangente, perpendiculaire, sous-tangente ...et une infinité d'autres d'une construction plus composée, qu'on ne peut figurer."
in La Méthode inverse des tangentes ou à propos des fonctions, 1673.
Cette définition se retrouve dans des articles de 1692 et 1694 et est reprise par le mathématicien suisse BERNOULLI Jean (1667-1748) en 1697.
Œuvres de Leibniz.
L'œuvre de Leibniz a été écrite pour moitié en latin et pour un tiers en français.
- Disputation métaphysique sur le principe d'individuation (1663, traduite en français par Jeannine Quillet, Les Études philosophiques, 1979, 1, p. 79-105)
- De arte combinatoria (1666)
- Nouvelle méthode pour l'étude du droit (1668)
- Théorie du mouvement concret et du mouvement abstrait (1670)
- Quadrature arithmétique du cercle, de l'ellipse et de l'hyperbole (vers 1674)
- Calcul différentiel : Nouvelle méthode pour les maxima et minima, ainsi que les tangentes, qui ne bute ni sur les fractions ni sur les irrationnelles, avec un mode original de calcul (en latin, Acta Eruditorum, 1684)
- Intégrales : De la géométrie supérieure et analyse des indivisibles comme des infinis (en latin, Acta Eruditorum, 1686)
- Discours de métaphysique (1686)
- Dissertation sur l'art combinatoire (1690)
- Essai de dynamique (Journal des Savants, 1691)
- Protogaea, écrit entre 1690 et 1693 mais publié seulement après sa mort, connu en France sous le nom de Protogée, ou de la formation et des Révolutions du globe
- Système nouveau de la nature et de la communication des substances (1695)
- Nouveaux essais sur L'entendement humain (1705)Essais de théodicée (1710)
- Monadologie (1714)
- Discours touchant la méthode de la certitude et l'art d'inventer pour finir les disputes et faire en peu de temps de grands progrès (1688-1690)
- Correspondance avec Arnauld, in Discours de métaphysique, Pocket, 1993.
Bibliographie.
- [DaDaPe] : A.DAHAN-DALMEDICO/J.PEIFFER, Une histoire des mathématiques, Seuil, Paris, 1986.
- [HaSu] : B. Hauchecorne et D. Surateau, Des mathématiciens de A à Z, Ellipse, Paris, 1996.
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PTOLÉMÉE Claude
Ptolémaïs de Thébaïde (Haute-Égypte) vers 90 - Canope vers 168, Grèce.
Claudius Ptolemaeus, appelé Ptolémée (Ptolémaïs de Thébaïde (Haute-Égypte) vers 90 - Canope vers 168) était un astronome et astrologue grec qui vécut à Alexandrie. Il est également l’un des précurseurs de la géographie.
Ses recherches le poussent à étudier la géométrie et la trigonométrie. Il reprend l'oeuvre d'HIPPARQUE et les spécialistes ont encore du mal à savoir ce qui vient de l'un ou de l'autre.
En géométrie, il démontre le théorème qui porte son nom concernant un quadrilatère inscrit dans un cercle.
Il est l'un des premiers à essayer de démontrer le 5ème postulat d'Euclide à partir des précédents.
En astronomie, les mathématiciens grecs d'Alexandrie dressent des tables donnant la longueurs des cordes de cercles de rayon fixé, ce sont les fameuses premières tables de sinus que l'on peut observer dans l'Almageste de PTOLÉMÉE.
Ces tables des cordes, qui sont parfois attribuées à HIPPARQUE (v.190 av. J.-C. – 120 av. J.-C.), lui permettent de donner une approximation du nombre pi. Il propose pi ≈ 3 + 17/120.
=> Histoire de la notion de fonction. [DaDaPe] p 208
Ces tables sont visibles sur le site gallica de la BNF.
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CAYLEY Arthur.
Né à Richmond 1821 et mort à Cambridge 1895, Angleterre.
Sa vie.
Né à Richmond (Angleterre) de marchands anglais établis à Saint-Petersbourg, Cayley a vécu en Russie jusqu'à l'âge de huit ans. Il passa les années 1838-1849 au collège de la Trinité à Cambridge, étudiant les mathématiques et le droit et fut appelé au barreau, en 1849.
En 1863, il obtient une chaire de mathématiques pures de Cambridge et peut enfin se consacrer pleinement aux mathématiques.
Ses travaux.
Ses travaux mathématiques concernent tous les domaines, mais plus spécialeement l'algèbre linéaire, la géométrie, les fonctions elliptiques et la théorie des invariants.
Il est après le mathématicien suisse EULER Leonhard (Bâle 1707 - Saint-Pétersbourg 1783) et le français CAUCHY Augustin-Louis (1789-1857) le plus prolifique des mathématiciens, (ses œuvres complètes comportent 970 articles sur 13 volumes de 600 pages).
CAYLEY généralise la notion de groupe de substitutions (étudiés par CAUCHY). Il introduit entre 1849 et 1854 la notion de groupe abstrait (avec la définition suivante : Un groupe abstrait est un ensemble d'opérateurs qui agissent sur des éléments, et tel que le composé de deux d'entre eux est encore dans l'ensemble).
Il en propose comme exemple les quaternions (avec l'addition) et les matrices (avec la multiplication). Cette définition qui n'exige pas le symétrique passe inaperçue, et il faut attendre le mathématicien allemand KRONECKER Leopold (1823-1891) en 1870 pour avoir une nouvelle tentative de définition abstraite.
On considère souvent CAYLEY comme l'inventeur des matrices (pour des compléments sur l'histoire des matrices⇒).
Il introduit l'équation caractéristique d'une matrice, énonce ce que nous appelons maintenant le théorème de Cayley-Hamilton et le «démontre». Il utilise ces travaux pour étudier la géométrie analytique en dimension n dès 1843, indépendamment de GRASSMANN, fonde ainsi la théorie des espaces vectoriels.
La théorie des invariants est introduite par CAYLEY, (mais le mot est de l'anglais SYLVESTER James Joseph (1814-1897)).
Elle consiste à trouver des propriétés des applications multilinéaires et du déterminant invariantes par changement de base ou de base orthonormale. Normalement appliquée à différents domaines, CAYLEY étudie cette théorie pour elle-même.
Il publie dix articles sur le sujet entre 1854 et 1878 et travaille en particulier sur le jacobien et le hessien.
CAYLEY introduit en 1859 les coniques projectives comme les points dont les coordonnées annulent une forme quadratique, définit la distance de deux points d'un plan projectif relatif à une forme quadratique et la notion d'angle de deux droites, et il conclut que la géométrie métrique est incluse dans la géométrie projective.
Le mathématicien allemand KLEIN Felix (1849-1925) poursuivra ces travaux.
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BOURBAKI Nicolas
Besse-en-Chandesse 1935, France.
L'Origine du groupe.
Nicolas BOURBAKI est le nom d'un groupe de mathématiciens français créé à Besse-en-Chandesse (en Auvergne) en juillet 1935.
En 1934, les mathématiciens français Henri Paul CARTAN (Nancy 1904) et WEIL André (Paris 1906 - Princeton 1998) tous deux normaliens, enseignent à l'université de Strasbourg. Les traités de mathématiques de l'époque commence à dater, après le profond bouleversement des mathématiques survenu au tournant du siècle. D'un commun accord, ils décident d'écrire· un bon traité d'analyse à l'usage des étudiants. Ils réunissent alors une dizaine de mathématiciens français, presque tous normaliens, qui se rencontrent régulièrement dans un restaurant parisien pour élaborer ce projet. Il se rendent bientôt compte qu'il faut étendre leurs ambitions à l'algèbre et la géométrie, et décident de la création d'un groupe, lors d'un congrès en 1935 !
Le Traité.
Lors de cette réunion, les participants décident d'écrire un traité d'environ 2 000 pages, portant sur les structures fondamentales pour l'étude de l'analyse, c'est-à-dire la théorie des ensembles, l'algèbre, la topologie, les espaces vectooriels topologiques et l'intégration.
La nouveauté de leur approche réside dans la volonté de produire un travail collectif, tous les textes sont soumis à la critique du groupe et, pour éviter qu'un des membres ne se mette en avant, on décide d'écrire de manière anonyme sous le pseudonyme de Nicolas BOURBAKI.
La composition du groupe n'est pas figée et aucun membre ne doit être âgé de plus de cinquante ans. Les principaux participants d'alors sont, outre CARTAN et WEIL, Jean DELSARTE, Claude CHEVALLEY et Jean DIEUDONNÉ.
Ce traité propose une approche nouvelle des fondements mathématiques et les réflexions amènent de nouveaux résultats en mathématiques. Il est difficilement utilisable par les étudiants universitaires, tant son niveau est élevé. Après avoir répondu aux objectifs fixés, BOURBAKI se lance dans l'algèbre commutative, les groupes et les algèbres de Lie, et la théorie des variétés. Cependant ses publications se font plus rares.
L'origine du nom Bourbaki.
Le nom choisi, Nicolas BOURBAKI est sujet à maintes spéculations.
Ce nom est emprunté par Raoul Husson en 1923 lors d'un canular, alors qu'il était élève en troisième année de l'École normale supérieure. Il s'était donné l'apparence d'un mathématicien barbu du nom du professeur Holmgren pour donner une fausse conférence, volontairement incompréhensible et avec des raisonnements subtilement faux. L'objectif aurait été la démonstration d'un prétendu « théorème de Bourbaki ».
Cette histoire amusa tellement le groupe, que le nom « Bourbaki » fut choisi. Le choix de ce nom par Husson connait deux explications possibles :
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- 1°) Bourbaki vient du général Charles Bourbaki sous lequel avaient servi des élèves normaliens durant la guerre de 1870.
Ce nom lui aurait été emprunté, par souvenir. - 2°) Bourbaki est le nom d'un furet curieux et intelligent dans un roman d'Octave Mirbeau, Le Journal d'une femme de chambre (1900). Cette seconde hypothèse a été donnée par le mathématicien Sterling K. Berberian en 1980, mais n'a jamais été confirmée.
- 1°) Bourbaki vient du général Charles Bourbaki sous lequel avaient servi des élèves normaliens durant la guerre de 1870.
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Alors le mystère subsiste !
Le groupe BOURBAKI a introduit plusieurs symboles mathématiques encore utilisés notamment au niveau des ensembles de nombres (voir histoire des symboles mathématiques)
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CAJORI Florian
né le 28 février 1859 à Saint-Aignan près de Thusis en Suisse, mort le 14 août 1930 à Berkeley en Californie aux États-Unis.
Sa vie.
L'Américano-suisse Florian Cajori est un historien des mathématiques, fondateur de cette discipline aux États-Unis, et auteur dans ce domaine d'ouvrages reconnus.
Le père de Florian Cajori, Georg Cajori, était un ingénieur. Il a construit des routes et des ponts en Suisse.
Florian fait le début de ses études en Suisse, puis il émigre à l'âge de 16 ans aux États-Unis (en 1875). Il entre à l'école normale de Whitewater, dans le Wisconsin en 1876 et reçoit son diplôme deux ans après.
Cajori enseigne dans une école de campagne avant de commencer ses études des mathématiques à l'université du Wisconsin, puis en 1884, à l'université de Johns Hopkins. Il est nommé professeur auxiliaire à l'université de Tulane à la Nouvelle-Orléans en 1885 puis devient professeur de mathématiques appliquées à Tulane en 1887.
Il obtient son doctorat de Tulane en 1894.
A History of Mathematics (Cajori, 1894) était la première présentation populaire de l'histoire des mathématiques aux États-Unis. Compte tenu de sa réputation dans l'histoire des mathématiques (encore aujourd'hui son Histoire des notations mathématiques de 1928-29 est «inégalée»).
Ses brillantes publications en histoire des mathématiques poussent alors l'université de Californie à créer une chaire dans ce domaine pour lui. En 1918 il est nommé à la première chaire d'histoire des mathématiques aux États-Unis, à l'Université de Californie, Berkeley.
Il fonde le Colorado College Scientific Society puis y enseigne obtenant successivement une chaire en physique, une chaire de mathématiques, et le poste de doyen du département d'ingénierie.
Il est élu président de la Mathematical Association of America en 1917-18, vice-président de American Association for the Advancement of Science en 1923.
Il reste à Berkeley, en Californie, jusqu'à sa mort en 1930.
Son apport en histoire des mathématiques.
Excepté en histoire des mathématique bien sûr, Cajori n'a fait aucune recherche originale en mathématique.
Cependant, en plus de ses nombreux livres, il a aussi beaucoup publié d'articles dans la revue American Mathematical Monthly.
Son dernier travail était une adaptation en langue anglaise d'une traduction par MOTTE Andrew (1729), des Principia de Newton, vol.1 le mouvement des corps, mais il est mort avant la fin. Le travail a été achevé par RT Crawford de Berkeley, en Californie mais est semble-t-il assez critiqué par les historiens
Ses Ouvrages.
Ses deux ouvrages sur l'histoire des symboles mathématiques sont absolument fabuleux. D'une richesse et d'une précision qui n'a, à ma connaissance pas d'équivalent, ils font encore aujourd'hui toujours référence.
Ils ont été réédités en 2007 et sont disponibles sur un site marchand ... connu.
- [Cajo] : Florian CAJORI, History of mathematicals notations, Thèse de réf. 01-1 CAT.74.
- [CajoV1] : Florian CAJORI, History of mathematicals notations, Volume 1, Cosimo, New York, 2007 (réed. de l'édition de 1929).
- [CajoV2] : Florian CAJORI, History of mathematicals notations, Volume 2, Cosimo, New York, 2007 (réed. de l'édition de 1929).
Il est aussi l'auteur de :
- A History of the Conceptions of Limits and Fluxions in Great Britain, from Newton to Woodhouse Open Court Publishing Company, 1919
- A History of Elementary Mathematics Macmillan, 1898
- On the History of Gunter's Scale and the Slide Rule during the Seventeenth Century Vol. 1, University of California press, 1920
- A History of the Logarithmic Slide Rule and Allied Instruments The Engineering News Publishing Company, 1909
- A History of Mathematics Macmillan & Company, 1893
- A History of Physics in its Elementary Branches: Including the Evolution of Physical Laboratories, The Macmillan Company, 1917
- Sir Isaac Newton's Mathematical Principles of Natural Philosophy and His System of the World tr. Andrew Motte, rev. Florian Cajori. Berkeley: University of California Press, 1934.
- The Teaching and History of Mathematics in the United States U.S. Government Printing Office, 1890
- William Oughtred: a Great Seventeenth-century Teacher of Mathematics The Open Court Publishing Company, 1916
Note du Webmaster.
A titre plus personnel, mon intérêt pour l'histoire des mathématiques a débuté par ma curiosité concernant l'histoire des symboles mathématiques. Cajori est l'auteur de deux ouvrages extraordinaires sur le sujet et qui sont de nombreuses fois cités dans ce modeste site.
Liens sur Cajori.
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RIEMANN Georg Friedrich Bernhard
Né à Breselenz (État de Hanovre) en 1826 - Mort à Selasca (Italie) 1866 , Allemagne.
Riemann, un géant.
Né à Breselenz (Allemagne), Riemann, étudiant à Gottingen et à Berlin, passa son doctorat à Gottingen, en 1851, s'y fit habiliter en 1853, y enseigna et succéda, en 1859, à Dirichlet dans la chaire de mathématiques. Atteint de tuberculose à partir de 1862, il est mort lors d'un troisième voyage en Italie.
Bien que mort très jeune (oui à 40 ans), son influence est immense et son oeuvre gigantesque.
1. Sa thèse de 1851.
Dans sa thèse de 1851, il étudie les fonctions dites multivaluées de variables complexes (fonctions qui peuvent avoir plusieurs images) qui préoccupent les mathématiciens.
Par exemple : f(z) = √z + 1 qui a deux images pour tout nombre comple non nul.
Ces fonctions apparaisent en fait quand on cherche au siècle précédent une interprétation des logarithmes complexes. Elle donne lieu à une controverse célèbre entre les géants de l'époque (Jean BERNOULLI, LEIBNIZ, EULER). [Dieudo] p 126
=> Pour en savoir plus : Histoire de la notion de fonction.
Toujours dans cette thèse, il développe les fonctions harmoniques, démontre la formule dite de Green Riemann et, étudiant le problème de DIRICHLET, il démontre le principe du maximum et du prolongement analytique.
Il y introduit aussi, lla notion des surfaces qui portent son nom, notamment les sphères de Riemann.
En 1857, il généralise la construction des surfaces de Riemann à des relations P(z ,z') = 0 où P est un polynôme irréductible. Il en sort ce qu'il nomme une fonction algébrique et il étudie les intégrales abéliennes.
2. Sa soutenance d'habilitation en 1857.
Riemann cherche à devenir Privatdozent, (Privat-docent). Cette distinction académique sert à désigner, dans plusieurs pays d'Europe, des enseignants qui ont écrit une habilitation, mais n'ont pas reçu une chaire d'enseignement ou de recherche.
Il présente son mémoire d'habilitation (Habilitationsvortrag) à l'université de Göttingen en 1854.
Ce mémoire, Sur la possibilité de représenter une fonction par une série trigonométrique ("Über die Darstellbarkeit einer Funktion durch eine trigonometrische Reihe"), est publié en 1868 par son ami DEDEKIND (1831-1916).
Il eut un impacte considérable et fut traduit en français en 1873 par DARBOUX (1842-1917) et HOUEL.
DARBOUX écrivit d'ailleurs à HOUEL le 18 mars 1873 :
"Ce mémoire de Riemann est un chef-d'oeuvre semblable à ces vieux tableaux dont quelques parties en pleine lumière vous font regretter ce que le temps a détruit ou ce que l'auteur a négligé." [Dugac] p 142
Son exposé est révolutionnaire. Au lieu de définir le géométrie non euclidiennes en niant le cinquième postulat d'Euclide, il invente une métrique locale en utilisant la variation infinitésimale de la distance en fonction de celle des coordonnées.
Il pose ds² = ∑ g i,j dxi dxj où (g i,j ) est la matrice d'une forme quadratique définie positive (au lieu de ds² = ∑ dxi²).
Il généralise la notion de courbure propre à GAUSS (1777-1855) ce qui permettra l'éclosion de la thérie de la relativité d'EINSTEIN.
Etude du mémoire de 1854. [Dugac] p 143 et [Dieudo] p 259 et [HaSu] p 300
- Il expose une analyse historique du développement des séries trigonométriques avant Fourier.
- Il propose une étude du mémoire de DIRICHLET (1805-1859) sur ces même séries trigonométriques et démontre un théorème sur les série commutativement convergentes.
Théorème : On peut permuter les termes d'une série numériques semi-convergente de telle façon que l'on obtienne une série convergent dont la somme est égale à un nombre réel quelconque donné à l'avance. [TisAgreg] p191
- On montre aussi que toute série réelle absolument convergente est commutativement convergente et la réciproque est vraie pour les séries réelles.
[TisAgreg] p155 - Il expose alors les conditions pour qu'une fonction périodique puisse être représentée par une série trigonométrique :
1°) La fonction doit être généralement susceptible d'intégration.
2°) elle n'a pas un nombre infini de maximums et de minimums
- Afin d'élargir cette représentation à d'autres fonctions, il élabore une nouvelle théorie de l'intégrale :
Pour qu"une fonction bornée soit intégrable sur le segment [a;b], il faut et suffit qu'on puisse diviser [a;b] en intervalles tels que la somme des longueurs de ceux des intervalles dans lesquels l'oscillation est plus grande que ε, quel que soit ε > 0, soit aussi petite que l'on veut."
- Il montre que les fonctions monotones sont intégrables et donne même un exemple de fonction bornée, ayant une infinité dénombrable de discontinuités et intégrable. La recherche de ces fonctions particulières motivera nombre de mathématiciens (H.J. Smith en 1875, V. Voltera en 1881..)
- Remarques :
Une fonction classique non intégrable au sens de Riemann est la fonction qui dans [a;b], vaut 1 si x est rationnel,et 0 sinon. cette fonction est appellée, fonction de DIRICHLET.
Henri Lebesgue montre en 1904, qu'une fonction bornée est intégrable au sens de Riemann si et seulement si l'ensemble de ses points de discontinuité est de mesure nulle. [HaSu] p 209 - Riemann introduit alors une méthode révolutionnaire.
Il considère la série f(x) = A0 + A1 + ... + An + .... où A0 = a0/2 et An = an.cos nx + bn.sin nx (n entier > 0).
Il suppose que les An tendent vers 0 (quand n → ∞) et intègre deux fois terme à terme sans justifier la légitimité de cette intégration, pour obtenir la série : F(x) = B + B'.x + A0.x²/2 - A1 - A2/4 - A3/9 -...
Il montre alors que la série obtenue, est convergente et que la fonction F est continue.
Bien évidemment, il manque l'hypothèse de convergence uniforme sur [a;b] de la série. - Il montre aussi que les coefficients de Fourier d'une fonction intégrable tendent vers zéro (Lemme de Riemann - Lebesgue) et donne une condition nécessaire et suffisante pour qu'une série trigonométrique ∑(an.cos nx + bn.sin nx) converge lorsque les suite (an) et (bn) convergent vers 0. (*)
- Il montre par un exemple qu'une fonction intégrable peut ne pas avoir de développement en série de Fourier mais ne parvient pas à donner une CNS d'existance de ce développement. [HaSu] p 300
(*) Remarque : [AuCA] p 425
Si les deux suites (an) et (bn) sont positives, décroissantes et de limites nulle, alors la série trigonométrique
∑(an.cos nx + bn.sin nx) converge simplement sur IR\2piZ, uniformément sur tout segment inclus dans cet ouvert.
=> Pour en savoir plus : Le lemme de Riemann - Lebesgue ou Théorème de Riemann.
Riemann et la théorie des nombres.
En 1859, Riemann, qui vient juste d'être nommé professeur à Göttingen et à l'Académie des Sciences de Berlin, publie un article, « Sur le nombre de nombres premiers inférieurs à une taille donnée ».
Il y définit et étudie la fonction zêta, en reprenant les travaux de Euler et en les étendant aux nombres complexes.
- La fonction Zêta (ou dzêta) (qu'il baptise ainsi dès 1857, [Hauch]p222) est définie par :
![]()
C'est une fonction analytique complexe méromorphe définie, pour tout nombre complexe s tel que Re(s) > 1,
Il utilise cette fonction dans le but d'étudier la répartition des nombres premiers. La célèbre hypothèse de Riemann sur les zéros non triviaux de la fonction zêta, formulée dans cet article, n'est toujours pas démontrée et fait partie des fameux 23 problèmes de Hilbert (ainsi que des 7 problèmes du millénaire).
En effet, si P désigne l'ensemble des nombres premiers, on a la relation : (Pour une démonstration voir [KoMe] p 105)

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EULER Leonhard
Bâle 1707 - Saint-Pétersbourg 1783, Suisse.
1. Leonhard Euler ... Sa vie
Le mathématiciens suisse Leonhard Euler est fils et petit-fils de pasteurs protestants.
A 13 ans il entre à l'université de Bâle où il suit des cours de droit et de philosophie. Il est rapidement remarqué par le mathématicien Jean Bernouilli (1667-1748) qui lui donne des cours particuliers chaque semaine et l'encourage à étudier les mathématiques.
Euler sort diplômé de philosophie à 16 ans et entre dans le département de théologie pour devenir pasteur comme son père. Il poursuit parallèlement à ses études théologiques, ses recherches mathématiques et parvient à en tirer une notoriété certaine.
En 1727, Nicolas et Daniel Bernouilli le cooptent, pour qu'il obtienne une place à l'académie des sciences de Saint-Pétersbourg. Il en devient professeur de mathématique en 1733 suite au remplacement de Daniel Bernouilli (1700-1782) parti en Russie. Il épouse alors la fille d'un artiste russe dont il a 13 enfants ( il pouvait parait-il rédiger un article mathématique en s'occupant de ses enfants).
Euler perd l'usage de l'oeil droit à la suite d'une fièvre importante.
Le souverain Frédéric le Grand (1740-1772) (Frédéric II de Prusse) souhaite réorganiser l'Académie de Berlin et invite Euler à y participer. Le "cyclope mathématique" comme le surnomme Frédéric II de Prusse un peu péjorativement, a bien du mal à se faire à l'ambiance de la Cour.
Euler a 13 enfants dont 8 meurent très jeunes. Quant aux autres, ils devinrent presque tous des mathématiciens respectables.
- L'ainé, Jean Albert (1734, Saint-Pétersbourg - 1810), partagea plusieurs prix à l'Académie des sciences avec Charles Bossut et Alexis Claude Clairaut, et enseigna la physique à St-Pétersbourg.
- Charles(1740-1800), remporta également plusieurs prix à l'Académie des sciences et exerça la médecine à Saint-Pétersbourg (il fut médecin de l'empereur).
- Christophe,(1743,Berlin-1805), se consacra au génie militaire.
Euler devient aveugle en 1771 mais continue à dicter ses textes scientifiques à ses fils ou à son valet grâce à sa mémoire colossale - il peut réciter 9 000 vers de l'Enéide par coeur.
On raconte que se préparant à sa cécité inéluctable, il s'était progressivement habitué à ne plus écrire mais à dicter ses démonstrations. Il publie presque la moitié de son oeuvre pendant ces 17 années de cécité, et certaines ont un succès colossal. L'" Introduction à l'algèbre" par exemple est un modèle de clarté et de rigueur que certain attribue à son handicap.
Il meurt à 76 ans au cours d'une réunion avec des amis (il buvait du thé).
2. Leonhard EULER ... Son apport mathématique
Euler est un des grands, voir pour certains le plus grand mathématicien de tous les temps. Son oeuvre est gigantesque et il aborde avec talent tous les domaines des mathématiques.
La notion de fonction
Il met au premier plan le concept de fonction, défini de façon formelle comme :
« une expression analytique composée d'une manière quelconque d'une quantité variable et de nombres ou de quantités constantes ».
Cette définition reprend celle que BERNOULLI Johann francisé Jean (1667-1748) avait déjà donnée (le terme avait été introduit par LEIBNIZ Gottfried Wilhelm (1646-1716)).
La fonction exponentielle, le logarithme et les fonctions trigonométriques
Euler donne dans l'Introductio ( chap. VI à VIII) un exposé des fonctions transcendantes élémentaires : La fonction exponentielle, le logarithme et les fonctions trigonométriques y sont envisagées ainsi pour la première fois.
- L'exponentielle \(a^z\) (où \(a>0\) est une constante) est définie par interpolation pour z réel, entre les valeurs rationnelles de z, et le logarithme est défini comme fonction inverse de l'exponentielle ;
- La notation e pour ce nombre est due à Euler, qui l'utilisait depuis 1728.
- Les fonctions circulaires sin et cos sont, pour la première fois, considérées comme des fonctions d'une variable réelle (ou même complexe) et non plus comme des lignes qui dépendent d'un angle ; elles sont liées à l'exponentielle par les célèbres formules d'Euler :
Leonhard Euler ... Calculs sur les série
Dans l'Introductio, il manipule les séries et les produits infinis sans se soucier des problèmes de convergence. Il trouve le développement de sin z en produit infini :
![]()
Leonhard Euler et le Problème de Bâle
Le problème de Bâle est un problème mathématique relatif à la théorie des nombres, posé pour la première fois par Pietro Mengoli en 1644,et résolue par Leonhard Euler en 1734. Comme le problème avait résisté aux attaques des plus grands mathématiciens de l'époque, la solution d'Euler lui valut une renommée immédiate à vingt-huit ans.
Euler a généralisé le problème et ses idées furent reprises des années plus tard par le mathématicien allemand Bernhard Riemann (1826-1866) qui, dans un article de 1859 définit sa fonction zeta et prouve ses propriétés fondamentales. Le problème est nommé ainsi en l'honneur de Bâle, la ville natale d'Euler et de la famille Bernoulli.
Le problème demande la valeur exacte de la somme de la série convergente :
$$\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}={\frac {1}{1^{2}}}+{\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}+{\frac {1}{4^{2}}}+\cdots$$
Celle-ci est approximativement égale à 1,644 934 066 848 226 43.
En 1735, Euler annonce avoir démontré que cette somme était égale à \(\dfrac{\pi^2}{6}\). Ses arguments étaient alors peu rigoureux et ce n'est qu'en 1741 qu'il sera capable de produire une preuve complète et inattaquable !
$$\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}=\dfrac{\pi^2}{6}$$
Leonhard Euler et les Equations différentielles
Dans Institutiones calculi differentialis (1755), il propose une véritable synthèse de toutes les méthodes de résolution des équations différentielles linéaires (solution de l'équation homogène, solution particulière..).
Il donne la méthode de résolution de l'équation qui porte son nom par le changement de variable \(x = exp(t)\) et de l'équation de RICCATI.
Leonhard Euler et les Quadriques
Il classe les surfaces en fonction du degré de leur équation et il introduit les quadriques, analogue des coniques en dimension 2.
L'identité d'Euler
\[ \Large \text{e}^{i \pi}+1=0 \]
Le mathématicien suisse Leonhard EULER (1707-1783) fait apparaître cette formule dans son Introductio, publié à Lausanne en 1748.
- Pour des compléments : l'identité d'Euler.
Le théorème de raréfaction d'Euler
La somme des inverses des nombres premiers tend vers l'infini, (on dit qu'elle diverge) ce que l'on peut noter :
$$\sum_{p\,\in\, P} \left( \dfrac{1}{p}\right)=\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{3}+\dfrac{1}{5}+\dfrac{1}{7}+\dfrac{1}{11}+\cdots ~~\text{diverge}$$
Le mathématicien suisse Euler (1707-1783) démontre ce théorème en 1737.
- Pour des compléments : théorème d'Euler
Leonhard Euler et Les fractions continues (ou continuées)
Elles sont étudiées tout d'abord par BROUNCKER William (1620-1684) qui correspond avec WALLIS John (1616-1703, Angleterre) dès 1655. Leonhard Euler calcule le premier développement en fraction continue généralisée d'une fonction. Par exemple on peut montrer que :
$$\sqrt{2}=1+\dfrac{1}{2+\dfrac{1}{2+\dfrac{1}{2+\dfrac{1}{2+\dfrac{1}{2+\dfrac{1}{\cdots}}}}}}$$
Leonhard Euler et les intégrales doubles
Les intégrales doubles apparaissent à la fin du 17ème siècle chez BERNOULLI Johann francisé Jean (1667-1748) et l'allemand LEIBNIZ Gottfried Wilhelm (1646-1716), mais la théorie générale est développée dans un mémoire du suisse EULER Leonhard (1707 - 1783) de 1789. Il donne la formule du changement de variables (lorsque l'orientation est conservée) et l'applique pour calculer des volumes et des aires de surfaces courbes. [Dieudo] p 25

Leonhard Euler ... Oeuvres principales.
Euler est l'auteur de trois grands traités sur l'analyse infinitésimale, dans lesquels il a exposé sa conception nouvelle du calcul différentiel et intégral et ses rapports avec la géométrie : l'Introductio in analysin infinitorum (1748), lesInstitutiones calculi differentialis (1755) et les Institutiones calculi integralis (3 vol., 1768-1770).
Le premier livre de l'Introductio est consacré au calcul « algébrique » sur les fonctions, au second livre, il applique les méthodes et les résultats du premier livre à des problèmes de géométrie (étude des courbes algébriques ou transcendantes, surfaces, changements d'axes de coordonnées).
- De fractionibus continuis (1737)
- Introductio in analysis infinitorum (1748)
- Institutiones calculi differentialis (1755)
- Institutiones calculi integralis (1768-1770)
- Vollständige Einleitung zur Algebra (1770)
⇒ Pour avoir toutes ses oeuvres : ⇒
4. Contributions mathématiques liées de Leonhard Euler
- Constante d'Euler : Limite de la suite \(U_n\) définie par :
$$U_n = 1 + \dfrac12 + \dfrac13 +\cdots + \dfrac1n - \text{ln}(n)$$
- Fonction Gamma d'Euler : Elle fournit un prolongement de la factorielle.
- Identités d'Euler :
$$\text{exp}(ix )=\text{e}^{\text{i}x} =\text{cos} ~x + \text{i} ~\text{sin} ~x $$
- Théorème de Descartes-Euler
- Droite d'Euler dans un triangle
- Cercle d'Euler
- Indicateur d'Euler : φ(n) est le nombre des entiers naturels non nuls, inférieurs à n et premiers avec n.
- Équation différentielle d'Euler : xn. y(n) + a(n-1). xn-1. y(n-1) + ... + a(0).y = 0
5. Symboles mathématiques introduits par Leonhard Euler
\(i =\sqrt{-1}\) , e, sin, cos , tan, cot, sec, cosec ,
Il impose le symbole π introduit par l'anglais OUGHTRED William (Eton 1574 - Albury 1660).
Références
- [HaSu] : B. Hauchecorne et D. Surateau, Des mathématiciens de A à Z, Ellipse, Paris, 1996.
- [Dieudo] : Jean DIEUDONNÉ, Abrégé d'histoire des mathématiques, Hermann Editeurs, Paris, nouvelle édition 1986.
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Articles Connexes
- Détails
VIÈTE François
Naissance: Fontenay-le-Comte en Vendée, 1540 - Mort : Paris, 1603, FRANCE.
On raconte que le mathématicien flamand Adrien ROMAIN (1561-1615), (qui donna 15 décimales exactes de pi), dit un jour à Henri IV (1553-1610) qu'il n'y avait pas de mathématicien en France.
Le souverain lui répondit alors : "Qu'on aille me chercher Viète".
François VIÈTE était en effet juriste et conseiller privé du Roi. Si bien qu'il était peu connu comme mathématicien alors qu'il est aujourd'hui considéré comme le premier algébriste moderne.
Viète et son oeuvre
a) La vie du savant
François VIÈTE est né à Fontenay-le-Comte en Vendée en 1540. Il fit des études de droit à Poitiers puis devint avocat.
Conseiller au parlement de Bretagne en 1573, il fut nommé en 1580 maître des requêtes de I'hôtel du Roi.
Malgré ses fonctions officielles, il développa une œuvre mathématique importante.
Il publie un traité de trigonométrie (le Canon mathematicus en 1571) comportant des tables de sinus, dans lequel il souligne la supériorité de la division décimale sur la sexagésimale. Cette prise de position assez novatrice l'expose d'ailleurs à des critiques de Joseph Juste SCALIGER (1540-1609) et Adrien ROMAIN (1561-1615).
II meurt à Paris après une période de déclin durant laquelle il s'occupa de la réforme grégorienne du calendrier qui datait de 1582 et qu'il critiqua semble-t-il à tort.
b/ L'œuvre de Viète
Outre les travaux sommairement mentionnes ci-dessus, on lui doit une restitution d'Apollonius sous le titre Apollonius Gallus (1600).
Voici, de façon plus anecdotique, comment Jacques-Auguste de THOU (1553-1617) rapporte le déchiffrage par Viète de messages codés par les Espagnols.
Ce que je vais ajouter est peu considérable, au sentiment même de Viète, mais tout autre que lui le compterait pour beaucoup. Comme les États des Espagnols sont séparés et éloignés les uns des autres, pour garder le secret en communiquant leurs desseins et leurs conseils à toutes les parties de ce vaste corps, ils se servent de divers caractères inconnus, afin qu'ils ne viennent à être découverts. Et quand ils sont obligés d'en employer de nouveaux, ils ne le peuvent faire que longtemps après l'avoir résolu, parce qu'il faut qu'ils en avertissent auparavant les Vice-Rois des Indes.
Pendant les désordres de la Ligue (La Ligue catholique ou Sainte Ligue ou Sainte Union est le nom donné à un regroupement de catholiques, créé en France par Henri de Guise, en 1576), le codage des espagnols était composé de plus de cinq cents caractères différents.
Plusieurs de leurs lettres extrêmement longues furent interceptées, mais ceux qui avaient charge de les déchiffrer échouaient systématiquement.
Le Roi fit alors parvenir ces missives à Viète, qui les traduisit sans peine. Les espagnols en furent tellement stupéfaits qu'il propagèrent la rumeur, à Rome, et partout ailleurs, que le Roi de France n'avait découvert leur chiffre que par le secours de la Magie.
Néanmoins, l 'apport principal de Viète est surtout d'ordre algébrique.
L'idée fondamentale de Viète est I'utilisation systématique du calcul littéral. Il lui permet de traiter de façon générale un type de problèmes donnés.
- Prenons un exemple très simple, celui de l'aire d'un rectangle.
Trois traductions du même problème sont envisageables :
- L'aire d'un rectangle dont les dimensions sont 3m et 4m est 3×4 m².
- L'aire d'un rectangle est le produit de sa longueur par sa largeur.
- A = L × l
Un problème particulier est tout d'abord exprimé, ensuite une règle donnant la solution du problème général correspondant est formulée,
enfin, une formule algébrique traduit le problème considéré.
Sur cet exemple, le pas franchi ne parait pas décisif. Cependant, si nous étudions la traduction de quelques-uns des vers par lesquels au 16ème siècle, Tartaglia dévoile à Cardan sa technique de résolution de I'équation du 3ème degré, nous comprenons mieux la supériorité d'une formule.
Lorsque le cube et les choses à côté
S'égalent à quelque nombre discret
Trouves-en deux, espacés du connu,
Et fais en sorte, suivant l'us,
Que leur produit toujours égale
Le tiers cubé des choses, net.
Et le résidu général
Des côtés cubes bien soustraits
Te donnera ta chose principale.(Remarque: les choses sont les inconnues.)
François Viète va développer une méthode de résolution de problèmes qu'il publie en 1591 sous le nom de : "Logistique précieuse" ou art du calcul sur des symboles.
En fait, sous le nom de Logistique spécieuse, Viète fait les premiers pas vers la création d'un langage mathématique comportant d'une part des symboles (voir "L'utilisation des lettres en algèbre") et d'autre part les règles d'emploi de ceux-ci.
Viète réalise des progrès très nets en matière de calcul algébrique et d'applications de celui-ci à la géométrie des Grecs. Les problèmes classiques du second degré et du troisième degré sont traités, ainsi que nombre de problèmes de degré supérieur.
La dernière proposition du traité de Viète (l'art analytique) fonde véritablement la théorie des équations en donnant les relation entre coefficients (le terme est de lui) et les racines.
Sa logique spécieuse se décline en 3 étapes :
- La zététique : On traduit le problème posé par une équation après avoir assigné des lettres à chacune des grandeurs considérées.
Les données connues sont représentées par des consonnes, les inconnues par des voyelles. - L'analyse poristique : On étudie et transforme l'équation pour la résoudre.
- L'analyse réthique : On revient au problème initial et on en propose une solution géométrique (oui à l'époque, n'est rigoureux que ce qui est géométrique!)
Ce n'est bien sur pas sa logique spécieuse (lourde d'utilisation) que nous retiendrons pour la résolution de problèmes, mais plus sa volonté innovant d' introduire des notations. Le symbolisme algébrique est né !
c/ Les autres apports de Viète
- Viète décrit aussi le lien entre la trisection d'un angle et la résolution d'une équation du troisième degré.
- Il donne également des formules exprimant sin(nq) et cos(nq) en fonction de sin(q) et cos(q).
Remarque : C'est Laurent WANTZEL (1814-1848) qui montre en 1837 que le problème posé par les Grecs, trisecter un angle quelconque à l'aide d'une règle et d'un compas, était impossible.
Les formules dites de VIETE
François Viète a introduit ses célèbres formules établissant des relations entre les racines d'un polynôme et ses coefficients dans son ouvrage majeur In artem analyticem isagoge, publié en 1591. Ce traité, considéré comme le fondement de l'algèbre moderne, marque une étape cruciale dans l'histoire des mathématiques.
Pour avoir une explication de ces formules : les formules de Vièrte
📘 Ouvrages de François Viète contenant les formules
- In artem analyticem isagoge (1591)
Ce traité, dont le titre signifie "Introduction à l'art analytique", est le premier à utiliser systématiquement des lettres pour représenter les inconnues et les coefficients dans les équations algébriques. Viète y introduit les concepts de zététique (mise en équation des problèmes), poristique (examen des propositions) et exégétique (résolution des équations), posant ainsi les bases de l'algèbre littérale. - Zeteticorum libri quinque (1591)
Dans ces cinq livres, Viète applique sa méthode analytique à divers problèmes mathématiques, illustrant l'utilisation de ses notations symboliques pour résoudre des équations. - De numerosa potestatum ad exegesim resolutione (1600)
Cet ouvrage approfondit la résolution des équations polynomiales, notamment en ce qui concerne l'extraction des racines et les relations entre les puissances des racines et les coefficients.
📚 Accès aux textes originaux
- In artem analyticem isagoge est disponible en version numérisée sur l'Internet Archive :
https://archive.org/details/bub_gb_BWTyywN39KEC - Zeteticorum libri quinque et d'autres œuvres de Viète sont accessibles via la Bibliothèque nationale de France ou d'autres bibliothèques numériques spécialisées.
Conclusion
II est probable que l'évolution des notations mathématiques, très perceptible à l'époque de Viète a influencé ses conceptions. Dans l'immédiat, celles-ci n'eurent qu'un retentissement limité.
Toutefois, leur intérêt ne pouvait échapper à un homme de I'envergure du français Fermat (1601-1665) qui parle "des admirables travaux en mathématiques" de Viète. Quant à Leibniz (1646-1716), il comprit si bien la révolution constituée par la Logistique qu'il rêva d'une "Caractéristique universelle" prolongeant celle-ci.
Bibliographie et liens utiles
- [Audi] : J.L.AUDIRAC, Vie et œuvre des grands mathématiciens, Magnard, Paris, 1990.
- [DaDaPe] : A.DAHAN-DALMEDICO/J.PEIFFER, Une histoire des mathématiques, Seuil, Paris, 1986. (page 104)
- Détails
THALÈS de Milet
Naissance: vers 624 av. J.-C., Asie Mineur (Turquie) - Mort: vers 547 av. J.-C. à Milet, Asie Mineur (Turquie)
Sa vie.
1. Le contexte.
Au VII siècle avant notre ère, sur les côtes de l'Anatolie, alors qu'à Sardes, la capitale de l'empire de Lydie, règne le fils du roi Gugu, en Ionie toute proche, aucun roi ne règne sur Milet. La ville est l'une des première cités-États.
Thalès, au dire d'Hérodote (484 av. JC - 425 av. JC), de Douris (340 av. JC - 270 av. JC) et de Démocrite (470 av. JC - 370 av. JC), était fils d'Examios et de Cléobuline, et membre de la famille des Thélides, des rois mythiques de Phénicie de la lignée d'Agénor et de Cadmos, s'il faut en croire Platon.
Le premier, il porta le nom de sage, au temps où Damasias était archonte à Athènes (nom donné dans la plupart des cités grecques, aux titulaires des charges les plus élevées, qui avaient d'importantes fonctions judiciaires et politiques).
C'est sous le même archontat que fut créée l'expression : « les sept sages » .
Thalès fut inscrit comme citoyen de Milet quand il vint dans cette ville avec Nélée chassé de Phénicie. Une autre tradition très courante veut qu'il soit natif de Milet et qu'il descende d'une bonne famille. Il s'occupa de politique avant d'étudier la nature.
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2. Thales, en bref
Thalès de Milet serait un commerçant suffisamment riche, pour se permettre de consacrer sa vie aux voyages et aux études.
En Egypte, il aurait mesuré les grandes pyramides grâce à leur ombre et à "son" fameux théorème. De retour à Milet, il devient homme politique, homme d'affaires et philosophe.
Ses travaux portent sur les mathématiques (six résultats importants lui sont attribués), l'astrologie (éclipses) et la philosophie (tout vient de l'eau).
- Selon ARISTOTE, il est le premier spéculateur de l'histoire. Une année de récolte d'olives importante, il aurait acheté toute celle produites dans sa région et les aurait revendues petit à petit, pour éviter une chute massive des prix, (et se faire beaucoup d'argent !).
Sa mort reste aussi, assez mystérieuse.

3. Thales et l'astronomie
Thalès ne laissa aucun écrit, et même l'Astrologie nautique écrite en vers qu'on lui attribue est de Phocos de Samos. Cela rend donc difficile la réalisation d'une biographie incontestée de ce sage.
Cependant beaucoup d'historiens antiques citent Thalès en faisant montre d'un respect certain.
- Hérodote (484 av. JC - 425 av. JC), et Pline l'Ancien (23 ap. JC - 79 ap. JC), s'accordent sur la prédiction d'une éclipse totale de Soleil par Thalès.
Celle-ci, perçue comme un présage des Dieux, aurait mis fin à la guerre entre les Mèdes et les Lydiens le 28 mai 585 av. JC, après une bataille que l'on nomme encore "Bataille de l'éclipse". - D'après Diogène Laërce (IIIe siècle), après avoir exercé une carrière politique il se serait intéressé à la science de la nature.
- Certains attribuent également à Thalès deux autres ouvrages intitulés Sur les solstices pour le premier et Sur les équinoxes pour le second.
Il semble cependant avéré qu'il soit le premier véritable astronome grec.
- Hésychius d'Alexandrie (VIe siècle), tout comme Eudème, écrit que Thalès, le premier, découvrit le passage du Soleil d'un tropique à l'autre.
- Selon un texte de Diogène Laërce (IIIe siècle), il aurait également essayé de calculer la dimension du Soleil et de la Lune.
Ce qui semble certain c'est que c'est avec Thalès de Milet que commença réellement l'aventure scientifique de l'étude de la nature. Il aurait étudié la géométrie en Égypte et aurait mesuré la hauteur d'une pyramide par la longueur de son ombre.
- Callimaque de Cyrène (IIIe av. JC), dans ses Iambes, croit qu'il découvrit la Petite Ourse et le raconte en vers iambiques :
Il mesura, dit-on, les étoiles du Chariot
Sur quoi les Phéniciens règlent leur navigation.
4. La philosophie de Thales
Sa cosmogonie pourrait elle se réduire à ces points :
- De toutes choses était l'eau,
- le monde était animé et plein de démons.
5. Thales précurseur
5.a. Le premier penseur
Thalès a été le premier "penseur" de l'histoire, il a posé et s'est posé des questions, par exemple :
- qu'est-ce que penser ?
- Quels liens y a-t-il entre ce que je pense et ce qui est ?
- De quoi est faite la nature ?
A son époque, au 6e siècle avant notre ère, philosophie et mathématiques, étaient totalement imbriquées si l'on peut dire car ces mots n'existaient pas encore (cf. étymologie).
Selon certaines sources (cf. [Guedj1]) on lui doit la célèbre formule : "connais-toi toi-même !". Pourtant nombreux sont ceux qui l'attribuent à Socrate (5ème siècle av. J.-C.)
Il fut l'un des 7 Sages de la Grèce antique, et le premier à énoncer des résultats généraux concernant les objets mathématiques.
5.b. Le premier mathématicien.
Thalès ne s'est pas beaucoup occupé des nombres, il s'est surtout intéressé aux figures géométriques, cercles, droites, triangles.
Il fut le premier à considérer l'angle comme un être mathématique à part entière et il en fit la 4e grandeur géométrique (longueur, surface, volume, angle).
La grande innovation de Thalès réside dans le fait qu'il affirme des vérités, non pas à partir d'un objet singulier, comme c'était le cas avant lui pour les Égyptiens ou les Babyloniens, mais pour une infinité d'objets du monde.
Son ambition, d'une nouveauté absolue, est d'émettre des vérités concernant une classe entière d'êtres.
Pour pouvoir y parvenir, Thalès va être obligé, par sa seule pensée, de concevoir un être idéal, "le cercle", qui est en quelque sorte le représentant de tous les cercles du monde.
De ce fait une phrase comme :
"toute droite passant par le centre d'un cercle le coupe en deux parties égales"
est alors révolutionnaire. C'est en ce sens que l'on peut lui attribuer le titre de premier mathématicien de l'histoire.
6. Son apport mathématique
- Thalès affirma que les angles opposés par le sommet formés par deux droites qui se coupent sont égaux.
- Thalès a montré qu'à chaque triangle on pouvait faire correspondre un cercle, le cercle circonscrit, dont il a proposé une construction générale.

- Il a démontré qu'un triangle isocèle avait deux angles de même mesure.
- Il affirme aussi qu'un triangle est déterminé si la base et les angles à la base sont donnés.
- Thalès propose en outre le "fameux Théorème de Thalès" qui lui permit de mesurer la pyramide de Kheops.
La première démonstration de ce théorème est cependant à attribuer à Euclide (4e-3e av. J.-C.) qui la présente dans ses "Éléments", à la proposition 2 du livre VI.
7. Thales et son voyage en Egypte
Thalès partit un jour pour l' Égypte. Il pénétra dans le lac Maréotis et s'embarqua sur une felouque afin de remonter le Nil. Après quelques jours de voyage il aperçut, dressée au milieu d'un large plateau, la pyramide de Kheops. Les dimensions du monument âgé alors de 2 000 ans, dépassaient de loin tout ce qu'il avait imaginé.
Comment mesurer cette pyramide ?
Thalès regardant son ombre eut alors cette idée :
"Le rapport que j'entretiens avec mon ombre est le même que celui que la pyramide entretient avec la sienne."
Il en déduisit ceci :
" à l'instant où mon ombre sera égale à ma taille, l'ombre de la pyramide sera égale à sa hauteur."
Voici l'idée lumineuse de Thalès.
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Un problème cependant se pose.
Thalès ne peut mesurer concrètement que la partie de l'ombre de la pyramide extérieure à la base. A première vue on se dit qu'il faut simplement rajouter à cette distance le 1/2 côté de la pyramide.
Cependant, la plupart du temps, le triangle noir (de hauteur (HM) est quelconque et la mesure est impossible.


En général, la partie AH est inaccessible puisque située à l'intérieure de la base de la pyramide. Cependant, lorsque (HM) est perpendiculaire au côté de la base de la pyramide, tout est plus simple.
Dans ce cas, AH=côté/2 et l'application du théorème de Thales est aisée.


Il faut donc que :
-
- l'ombre soit perpendiculaire au côté (cela arrive au moment où le soleil est à son zénith, soit à midi)
- et que cette ombre soit visible ( i.e. pas située à l'intérieure de la pyramide)
Selon les astronomes, cela n'est possible que 2 jours dans l'année, le 21 novembre ou le 20 janvier !!!!!
8. Sa mort en 547 av. J.C.
Quelques légendes accompagnent sa vie, la plus connue est celle où, un soir qu'on le conduisait hors de sa demeure pour observer les étoiles, il tomba dans un trou et que la femme qui l'accompagnait se moqua de lui en lui disant :
"Eh bien Thalès, tu n'es pas capable de voir où tu mets les pieds et tu prétends connaître les choses du ciel !"
Pour d'autres, il est mort de déshydratation en regardant un concours gymnique et sur son tombeau fut inscrite cette épitaphe :
"Ce tombeau est certes étroit, mais considère qu'elle atteint les dimensions du ciel,
La gloire de Thalès, l'homme très sensé."
Bibliographie
- [Guedj1] : Denis GUEDJ, Le théorème du perroquet, Seuil. p35 et 52.
- [Singh ] : Simon Singh, Le dernier théorème de Fermat, JC Jattès.
- [Audi] : J.L.AUDIRAC, Vie et œuvre des grands mathématiciens, Magnard, Paris, 1990.
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Articles Connexes
- Détails
EUCLIDE de Samos
Naissance: vers 325 av. J.-C., Grèce - Mort : vers 265 av. J.-C., Alexandrie.
Sommaire
- Euclide, personnage mystérieux.
- Les Eléments, approche historique et historicité.
- Les Eléments, un texte apocryphe.
- La première oeuvre imprimée.
- Vers un souci de rigueur historique : Le codex Vaticanus.
- Les Eléments.
- Description de l'ouvrage.
- Le premier Livre.
- Définitions.
- DEMANDES ou POSTULATS.
- Le 5ème Postulat d'EUCLIDE et les géométries non euclidiennes.
- Notions communes.3b5. Les propositions du livre I des Eléments d'EUCLIDE.
- Le Livre II.
- Qu'est-ce qu'un point, qu'une droite, qu'un nombre pour EUCLIDE ?
- Quelle nuance entre postulat et axiome ?
- Qu'est-ce qu'une construction en mathématique au sens d'Euclide ?
- La division euclidienne
1. Euclide, personnage mystérieux
La personnalité d'Euclide nous est quasiment inconnue.
- Proclus de Lycie, dit « le Diadoque » (littéralement, "celui par qui le sceptre est transmis"), vécut au 5ème siècle, sans doute de 412 à 485. Né à Byzance (Constantinople), il étudia à Alexandrie, Aristote (4ème av. JC) et les mathématiques, puis à l'Académie d'Athènes. Néoplatonicien, il accède à la tête de l'institution (et devient « le diadoque »).
Proclus de Lycie affirme, au 5ème siècle après J.-C. :
qu'« Euclide n'est pas beaucoup plus jeune que les mathématiciens du 4ème siècle avant J.-C. », et qu' « en rassemblant des Eléments, il en a coordonné beaucoup d'Eudoxe (5ème av. JC), perfectionné beaucoup de Théétète (4ème av. JC) et évoqué dans d'irréfutables démonstrations ceux que ses prédécesseurs avaient montrées de manière relâchée ..(..) Euclide est plus récent que les disciples de Platon(4ème av. JC) mais plus ancien qu'Archimède (3ème av. JC) et qu'Eratosthène (3ème av. JC) .. ». [2] page55
Euclide aurait donc vécu au 3ème siècle avant J.-C., à Alexandrie où il y aurait enseigné la géométrie dans ce que certains appellent l'école de mathématiques de l'université d'Alexandrie.
- Remarque : Euclide est aussi cité par Pappus (6ème ap. JC) qui prend sa défense, suite à une critique d'Appolonius de Perge (Perge 262 - Alexandrie 190 env.) portant sur une étude de lieu géométrique figurant dans les coniques.
Les Eléments (13 livres), les Données, la Division des figures, les Phénomènes et l'Optique, sont autant d'ouvrages qui lui sont attribués et qui nous sont tous parvenus.
On compte aussi "une Catoptrique" (géométrie des rayons réfléchis), et "une introduction harmonieuse", ouvrages qui portent son nom mais dont l'origine semble douteuse.
On connaît une version arabe de son traité sur la division des figures et Pappus (6ème ap. JC) signale trois ouvrages sur les Porismes, les Lieux à la surface, et quatre livres sur les coniques, ces derniers étant à nos jours tous perdus.
Euclide avec un compas dans "l'Ecole d'Athène de 'Stanze di Raffaello' au Museus Vaticans.
2. Les Éléménts : Approche historique et historicité
2.a. Les Éléments, un texte apocryphe
Le texte des Eléments n'existe pas et ces derniers ne nous sont connus que de façon apocryphe.
On ignore en outre si les 13 livres que constituent les Eléments (il semble avéré que les livres 14 et 15 sont des additions plus tardives) sont le fait du travail du seul Euclide ou d'un groupe constitué autour de lui.
Cependant la citation de Proclus de Lycie (411 - 487) citée précédemment, semble indiquer qu'ils résultent en partie du rassemblement de travaux antérieurs.
Les Éléments constituent le plus ancien exemple d'ouvrage traitant de mathématiques axiomatisées, et la première oeuvre rédigée dans un souci de rigueur scientifique et logique. Cela lui confère une place à part dans la littérature scientifique et explique sa notoriété mondiale.
2.b. La première oeuvre imprimée.
Les Éléments furent l'une des premières oeuvres imprimées (à Venise en 1482) et seule la Bible compte plus d'éditions publiées. (On dénombre plus de 1 000 éditions des Éléments).
L'italien Niccolo Tartaglia (1500 ?-1557), célèbre pour ses travaux sur la résolution d'équations de degré 3, propose une édition publiée à Venise en 1543.
2.c. Vers un souci de rigueur historique : Le codex Vaticanus.
Cependant peu de traductions sont fidèles au texte grec.
« Peu d'ouvrages ont été aussi souvent traduits, commentés et reproduits que les Éléments d'Euclide, mais il n'est pas d'auteurs avec qui ses traducteurs aient pris d'aussi étranges libertés [...] »,
déclarent Lagrange (1736 - 1813) et Delambre (1749 - 1822).
Les anciennes traductions de références sont la version latine du Commandin (1509-1575) de 1572 et la version grecque du Princeps de Bâle de 1533.
Jusqu'au début du 19ème siècle, la partie purement géométrique des Éléments était restée, soit un ouvrage d'enseignement - en Angleterre en particulier - soit un ouvrage de référence et un modèle que l'on suivait dans ses grandes lignes.
Certains même, notamment en France au 17ème siècle, éditaient des ouvrages d'Euclide vulgarisés.
En Angleterre, la tradition grecque imposait plus de rigueur. L'ouvrage de Robert Simson (1687 - 1768) en est le plus célèbre exemple tout en en symbolisant les limites. La traduction est, malheureusement pour les historiens des sciences, mathématiquement bien plus rigoureuse que l'originale.
C'est aussi avec ce souci de rigueur que travaille le français François Peyrard (1760 - 1822) en 1804 et en 1809 un peu avant d'entrer dans l'histoire des sciences.
Ce dernier déclare dans la préface à sa traduction :
" Lorsque je fus nommé Bibliothécaire de l'Ecole Polytechnique, je formais le projet de donner au public une traduction littérale des Oeuvres d'Euclide et d'Archimède (286 av. JC - 212 av. JC), les deux plus grands Géomètres de l'antiquité. Je pensois qu'il étoit en quelque sorte de mon devoir de consacrer mes moments de loisir à des travaux qui fussent analogue à ceux de l'Ecole Polytechnique."
Peyrard (1760 - 1822) s'occupe en 1814 de répertorier le butin que Napoléon (1769-1821) ramenait du Vatican. Il fait alors une découverte de renommée mondiale en identifiant le manuscrit d'Euclide connu sous le nom de "Vaticanus graecus 190", version la plus ancienne du célèbre géomètre grec.
Ce manuscrit qui est daté du 10ème siècle provoque le réveil des philologues et épistémologistes qui prennent le dessus sur les mathématiciens. Ils préoccupent désormais de l'histoire de la reconstitution ,aussi précise que possible, du plus célèbre texte mathématique de l'histoire.
La version actuelle la plus fidèle au "manuscrit 190" est celle dite Heiberg-Menge, (grâce aux travaux de J.L. Heiberg (1854-1928), T.L.Heath, P.Tannery et autres historiens des mathématiques). Éditée en grec et en latin àLeipzig à partir de 1882, elle fait encore autorité de nos jours et est la base de la célèbre traduction de Sir Thomas Little Heath (1841 - 1940).
Cependant, c'est l'édition de F.Peyrard (nouveau tirage de 1993) qui reste assez proche de celle de Heiberg qui servira de base à l'étude qui va suivre.
3. Les Éléments : Description
3.a. Description des Eléments
Les manuscrits des Éléments se répartissent en deux classes :
Ceux qui sont liés à la version de Théon d'Alexandrie (4 e siècle) qui édita et commenta les Éléments. On en compte plusieurs du Xe, XI e et XIIe siècle.Ceux qui présentent une version antérieure à celle de Téon, comme le manuscrit Codex Vaticanus, Gr. 190 du Xe siècle, découvert par Peyrard en 1808, (les plus anciennes sources sont des papyrus du IIIe et IVe siècle).
Les Éléments se composent de 13 livres qui abordent des thèmes mathématiques assez variés, regroupant toutes les connaissances mathématiques de l'époque
On ne peut cependant pas considérer les Éléments comme une simple compilation.
EUCLIDE classe les propositions dans un ordre logique, fait montre de beaucoup de rigueur et expose des résultats nouveaux.
Les livres I à IV traitent de la géométrie plane.
- Le Livre I : Ce livre est précédé des définitions des entités géométriques utilisées par la suite.
EUCLIDE définit la notion de points, de ligne, de segments. Ces définitions sont suivies de cinq demandes ou postulats, puis des notions communes ou axiomes.
C'est dans ce livre qu'EUCLIDE propose la première démonstration de l'histoire du fameux théorème de Pythagore (propositions 47 et 48). - Le livre II s'inspire des résultats attribués à l'Ecole pythagoricienne relatifs à l'algèbre géométrique.
EUCLIDE démontre géométriquement les développements désormais classiques : (a+b)² = a² + 2ab + b² ; a(b+c+..) =ab + ac + ...
Le produit ab étant interprété comme l'aire d'un rectangle de côtés a et b.
EUCLIDE considèrera toujours que les nombres sont associés à des grandeurs : longueurs de segments, aires et volumes. On additionne donc des nombres (de même nature) en mettant bout à bout des segments. - Le livre III traite de la géométrie du cercle.
- Le livre IV est consacré aux polygones, à leur construction (à la règle et au compas) et à leur inscription dans un cercle. Ces résultats semblent être inconnus des pythagoriciens et les historiens les attribuent souvent aux sophistes, membres de la première grande école athénienne au 5ème siècle av. J.-C.
- Le livre V est d'un niveau mathématique bien supérieur.
Il traite de la théorie des proportions et est communément attribué aux travaux d'EUDOXE (vers 400 av. J.-C. - vers 347 av. J.-C.).
Si les pythagoriciens avaient aussi développé une théorie des proportions, celle-ci ne s'appliquait qu'aux grandeurs commensurables (c'est à dire aux fractions, pas à √2 par exemple).
EUCLIDE élargit le champ d'application de cette théorie. Celle-ci sera même reprise, dans ses grandes lignes, par le célèbre mathématicien allemand WEIERSTRASS Karl Theodor Wilhelm (1815-1897), reformateur de l'analyse au 19ème siècle. - Le livre VI applique cette théorie des proportions entre grandeurs à la géométrie plane.
C'est à la proposition 2 du livre VI, qu'EUCLIDE démontre le fameux théorème dit de THALES. - Le livres VII, VII et IX sont consacrés à la théorie des nombres (entier supérieur à 2 bien sur), que l'on nomme maintenant arithmétique.
Dans le livre VII, il expose l'algorithme qui porte son nom (l'algorithme d'EUCLIDE), et qui permet de trouver le PGCD de deux entiers. Il l'utilise pour prouver que deux nombres sont premiers entre eux.
Le livre VIII porte sur les proportions et les progressions géométriques.
Dans Le livre IX, on trouve à la proposition 20, la démonstration par l'absurde de l'existence d'une infinité de nombres premiers. (voir la page nombres premiers pour cette démonstration).
EUCLIDE y expose aussi une ébauche de démonstration du théorème de décomposition d'un entier en facteurs premiers (⇒ le théorème fondamental de l'arithmétique), et donne l'expression de la somme de termes consécutifs d'une suite géométrique.
Il démontre aussi qu'un nombre de la forme 2n-1(2n -1) est parfait quand 2n - 1 est premier. - Le livre X utilise presque tout ce qui a été démontré dans les livres précédents pour étudier les lignes commensurables ou incommensurables entre elles. Il est considéré comme l'un des plus subtils.
EUCLIDE y démontre géométriquement les relations du type :

- Le Livre XI : La stéréométrie, c'est à dire l'étude des propriétés des solides élémentaires est l'objet du livre XI.
- Le livre XII présente la méthode dite « d'exhaustion » (cf. rem), sorte de méthode d'intégration reprise aussi par Archimède, et qui permet d'établir des résultats sur la mesure du cercle, de la pyramide, du cône et de la sphère. Ce livre est parfois aussi attribué à EUDOXE (vers 400 av. J.-C. - vers 347 av. J.-C.).
- Le livre XIII est lui consacré à la construction des cinq polyèdres réguliers avec les résultats du livre X.
Proclus affirme d'ailleurs que l'objectif des Éléments était la construction des solides de Platon
Remarque :
La désignation "d'exhaustion" fut introduite à la Renaissance et est souvent considérée comme impropre.
En soustrayant de la plus grande de deux grandeurs données plus de sa moitié, et du reste plus de sa moitié, et ainsi de suite, on obtiendra (i.e. on finira par obtenir en réitérant le procédé un nombre fini de fois) une grandeur moindre que la plus petite. Ce principe dichotomique évite un délicat passage à la limite, donc l'introduction du concept d'infiniment petit ou d'infiniment grand posant autant de problèmes mathématiques que philosophiques.
La synthèse des mathématiques connues à son époque, auxquelles il apporte compléments, démonstrations et rigueur en arithmétique, algèbre et géométrie, voilà ce que représentent les Éléments.

Cette rigueur est mise en place au moyen de cinq postulats (les demandes) et de neuf axiomes relatifs aux grandeurs ("notions communes" à l'usage de la géométrie et de l'arithmétique).
3.b. Le premier livre des éléments d'Euclide
Le Livre I est précédé des définitions des entités géométriques utilisés par la suite. EUCLIDE définit la notion de points, de ligne, de segments. Ces définitions sont suivies de cinq demandes ou postulats, puis des notions communes ou axiomes.
3b1. DÉFINITIONS
1. Un point est ce dont la partie est nulle.
2. Une ligne est une longueur sans largeur.
Notons qu'EUCLIDE entend par ligne, une ligne droite ou courbe, ce que l'on nommerait aujourd'hui une partie de courbe ou une courbe si on considère qu'elle peut être infinie.
- la ligne droite ou simplement droite qui est la ligne la plus courte qui puisse exister entre deux points ;
- la ligne courbe ou simplement courbe comme les cercles, les coniques, les spirales, les hélices.
3. Les extrémités d'une ligne sont des points.
Une ligne pour EUCLIDE semble donc être finie d'après cette définition mais le postulat n°2 indique que l'on peut prolonger indéfiniment, selon sa direction, une droite finie. Alors ?
De plus, Il ne dit pas combien de points terminent une ligne, par exemple la circonférence d'un cercle n'a pas de fin.
4. La ligne droite est celle qui est également placée entre ses points.
Ceci est la définition d'une droite pour nous.
5. Une surface est ce qui a seulement longueur et largeur.
6. Les extrémités d'une surface sont des lignes.
7. La surface plane est celle qui est également placée entre ses droites.
8. Un angle plan est l'inclinaison mutuelle de deux lignes qui se touchent dans un plan, et qui ne sont point placées dans la même direction.
9. Lorsque les lignes, qui comprennent ledit angle, sont des droites, l'angle se nomme rectiligne.
10. Lorsqu'une droite tombant sur une droite fait deux angles de suite égaux entre eux, chacun des angles égaux est droit; et la droite placée au-dessus est dite perpendiculaire à celle sur laquelle elle est placée.
11. L'angle obtus est celui qui est plus grand qu'un droit,
12. L'angle aigu est celui qui est plus petit qu'un droit.
13. On appelle limite ce qui est l'extrémité de quelque chose.
14. Une figure est ce qui est compris par une seule ou par plusieurs limites.
15. Un cercle est une figure plane, comprise par une seule ligne qu'on nomme circonférence ; toutes les droites, menées à la circonférence d'un des points placés dans cette figure, étant égales entre elles.
16. Ce point se nomme le centre du cercle
17. Le diamètre du cercle est une droite menée par le centre, et terminée de part et d'autre par la circonférence du cercle : le diamètre partage le cercle en deux parties égales.
18. Un demi-cercle est la figure comprise par le diamètre, et la portion de la circonférence, soutendue par le diamètre.
19. Un segment de cercle est la figure comprise par une droite et par la circonférence du cercle ; le demi-cercle étant plus grand ou plus petit que le segment.
20. Les figures rectilignes sont celles qui sont terminées par des droites.
21. Les figures trilatères sont terminées par trois droites.
22. Les quadrilatères, par quatre.
23. Les multilatères, par plus de quatre.
24. Parmi les figures trilatères, le triangle équilatéral est celle qui a ses trois côtés égaux.
25. Le triangle isocèle, celle qui a seulement deux côtés égaux.
26. Le triangle scalène, celle qui a ses trois côtés inégaux.
27. De plus, parmi les figures trilatères, le triangle rectangle est celle qui a un angle droit.
28. Le triangle obtusangle, celle qui a un angle obtus.
29. Le triangle acutangle, celle qui a ses trois angles aigus.
30. Parmi les figures quadrilatères, le carré est celle qui est équilatérale et rectangulaire.
31. Le rectangle, celle qui est rectangulaire, et non équilatérale.
32. La rhombe, celle qui est équilatérale, et non rectangulaire.
33. Le rhomboïde, celle qui a ses côtés et ses angles opposés égaux entre eux, et qui n'est ni équilatérale ni rectangulaire.
34. Les autres quadrilatères, ceux-là exceptés, se nomment trapèzes.
35. Les parallèles sont des droites, qui, étant situées dans un même plan, et étant prolongées à l'infini de part et d'autre, ne se rencontrent ni d'un côté ni de l'autre.
3b2. DEMANDES ou POSTULATS.
1. Conduire une droite d'un point quelconque à un point quelconque.
2. Prolonger indéfiniment, selon sa direction, une droite finie.
3. D'un point quelconque, et avec un intervalle quelconque, décrire une circonférence de cercle.
4. Tous les angles droits sont égaux entre eux.
5. Si une droite, tombant sur deux droites, fait les angles intérieurs du même côté plus petits que deux droits, ces droites, prolongées à l'infini, se rencontreront du côté où les angles sont plus petits que deux droits.
3b3. Le 5ème Postulat d'EUCLIDE et les géométries non euclidiennes.
Le 5ème postulat est bien sûr le plus célèbre puisque c'est la clée de la géométrie dite euclidienne.
Au début du 19ème siècle, des géométries non euclidiennes apparurent, en n'admettant pas le cinquième postulat :
La géométrie hyperbolique sur des surfaces à courbure constante négative du Russe LOBATSCHEVSKI Nikolaï Ivanovitch (1792-1856), du Hongrois BOLYAI Jànos (1802-1860) et de l'Allemand GAUSS Carl Friedrich (1777-1855).
Cette nouvelle géométrie utilise le fait qu'il y ait une infinité de parallèles passant par un point extérieur à une droite donnée.
La géométrie elliptique sur des surfaces à courbure constante positive de l'Allemand G. F. B. Riemann (1826-1866).
Dans cette géométrie, il n'existe aucune droite parallèle à une droite donnée passant par un point extérieur à cette droite.
3b4. NOTIONS COMMUNES.
1. Les grandeurs égales à une même grandeur, sont égales entre elles.
2. Si à des grandeurs égales, on ajoute des grandeurs égales, les touts seront égaux.
3. Si de grandeurs égales, on retranche des grandeurs égales, les restes seront égaux.
4. Si à des grandeurs inégales, on ajoute des grandeurs égales, les touts seront inégaux.
5. Si de grandeurs inégales, on retranche des grandeurs égales, les restes seront inégaux.
6. Les grandeurs, qui sont doubles d'une même grandeur, sont égales entre elles.
7. Les grandeurs, qui sont les moitiés d'une même grandeur, sont égales entre elles.
8. Les grandeurs, qui s'adaptent entre elles, sont égales entre elles.
9. Le tout est plus grand que la partie.
3b5. Les propositions du livre I des Eléments d'EUCLIDE.
-
- Les cas d'égalité des triangles.Proposition 4, 8, 26.
- La somme des mesures des angles d'un triangleProposition 32.
- La construction du carré.Proposition 46.
- Le Théorème de Pythagore.Proposition I-47 des Éléments d'Euclide, théorème directProposition I-48 des Éléments d'Euclide, théorème réciproque
3.c. Le livre II
- Le livre II est composé de 2 définitions et 14 propositions (12 théorèmes et 2 problèmes) qui ne diffèrent pas selon les éditions .
- Il utilise les derniers résultats du livre I et en prolonge certains en particulier la résolution de la quadrature des figures rectilignes ou polygones (prop.14 ).
- Les propriétés 1 à 10 furent souvent interprétées algébriquement car elles traitent d'équivalences entre des aires rectangulaires.
- Elles n'ont pas d'enchaînement déductif évident. Par exemple, seule la Prop.4 est réutilisée dans les Porp. 5, 6, 7 et 8 et les démonstrations de ces 10 propriétés utilisent surtout des résultats établis dans la dernière partie du livre I.
- La Prop. 11 est un problème qui consiste à partager une droite en extrême et moyenne raison.
- Les Prop. 12 et 13 généralisent le théorème de Pythagore aux triangles quelconques (d'angle obtu ou aigu).
4. Qu'est-ce qu'un point, qu'une droite, qu'un nombre pour EUCLIDE ?
Euclide débute son ouvrage par des définitions que l'on doit admettre pour faire de la géométrie dite euclidienne, ce qui est le cas au collège et au lycée.
- Q1. Peut-on tracer un point au tableau ou sur une feuille avec la définition d'Euclide ?
Non, en fait un point n'a ni longueur, ni largeur.
En mathématique on représente un point par l'intersection de deux lignes comme cela : × ou +
En fait, un point n'existe pas car on peut toujours mesurer cette intersection. On ne fait qu'en donner une représentation imagée. - Q2. Avec nos termes actuels, que désignent la définition 2 et la définition 4 ?
- Définition 2. Une ligne est une longueur sans largeur.
Notons qu'EUCLIDE entend par ligne, une ligne droite ou courbe, ce que l'on nommerait aujourd'hui une partie de courbe ou une courbe si on considère qu'elle peut être infinie.
Pour EUCLIDE, une ligne est une ligne droite ou une courbe. - Définition 4. La ligne droite est celle qui est également placée entre ses points.
Ceci est la définition d'un segment pour nous.
- Définition 2. Une ligne est une longueur sans largeur.
- Q3. Peut-on les tracer au tableau ou sur une feuille avec la définition d'Euclide ?
Et bien non, une ligne ne doit pas avoir d'épaisseur. Or toute ligne que l'on tracera en aura une. C'est encore une image figurée que l'on représente. - Q4 : Qu'est-ce qu'un nombre pour EUCLIDE.
Pour EUCLIDE, Le produit ab est interprété comme l'aire d'un rectangle de côtés a et b.
EUCLIDE considèrera toujours que les nombres sont associés à des grandeurs : longueurs de segments, aires et volumes. On additionne donc des nombres (de même nature) en mettant bout à bout des segments.
5. Quelle nuance entre postulat et axiome ?
- postulat : du latin postulare = demander : que l'on demande au lecteur d'accepter.axiome : du grec axioma = j'estime, je crois vrai : conduisant au sens d'irréfutable, d'évident.
Le postulat est de nature plus philosophique que mathématique. Il est un principe (du latin principium = origine, commencement) de pensée, base de toute réflexion ou raisonnement valide au sens d'Aristote (384 av. J.C. - 322 av. J.C.), de Leibniz (1646 - 1716) et d'Emmanuel Kant (illustre philosophe allemand, 1724-1804, né et professeur à Königsberg, célèbre université qui "hébergea" les plus grands mathématiciens occidentaux). Le postulat doit être admis, consenti, avant toute poursuite du dialogue ou de la lecture : c'est une hypothèse de travail.
En mathématiques, il apparaît dans la mise en place d'une théorie (système déductif cohérent) comme une proposition admise, que l'on ne pourra ni prouver, ni infirmer par ses propres moyens (ses théorèmes). - Un axiome est un postulat. Mais il est de nature plus évidente. Quiconque doit, s'il en comprend l'énoncé, l'admettre sans discuter : c'est un truisme.
L'axiome peut prendre l'aspect d'une définition : voilà un objet, il est ainsi défini, c'est comme cela et pas autrement et on ne discute pas. L'axiomatisation des mathématiques prend naissance avec Hilbert (1862 - 1943, en algèbre et géométrie), Kolmogorov (1903 - 1987, en probabilités), Cantor (1845 - 1918, en théorie des ensembles) et fait fureur jusqu'à la célèbre bataille de l'axiome du choix : Zermelo (1871 - 1953).
Après avoir défini les notions de point (ce dont la partie est nulle), de ligne (en tant que segment : longueur sans largeur dont les extrémités sont des points), de droite (ligne qui est également placée entre ses points), d'angle, de cercle, etc., de droites parallèles (qui prolongées indéfiniment d'un côté ou de l'autre ne se rencontrent pas), Euclide pose les fameux postulats dont le cinquième est resté LE postulat d'Euclide :
1. Étant donnés deux points A et B, il existe une droite passant par A et B;
2. Tout segment [AB] est prolongeable en une droite passant par A et B
(compte tenu du premier postulat, elle est unique)
3. Pour tout point A et tout point B distinct de A, on peut décrire un cercle de centre A passant par B;
4. Tous les angles droits sont égaux entre eux;
5. Par un point extérieur à une droite, on peut mener une parallèle et une seule à cette droite.
Nombreux sont ceux qui ont prétendu avoir démontré le cinquième postulat à partir des quatre autres (le problème est dans l'unicité et non dans l'existence). En fait, ils utilisaient alors inconsciemment une propriété équivalente. En retirant ou modifiant le cinquième postulat, on obtient les géométries dites "non euclidiennes".
Les quinze axiomes et postulats de la géométrie "euclidienne" se sont avérés insuffisants pour ladite géométrie. Certains iront jusqu'à parler de manque de rigueur, à travers des démonstrations basées sur la notion intuitive de superposition (cas "d'égalité" des triangles) induisant une idée de mouvement et d'isométries nullement définis.
Notons que Playfair (1748 - 1819), Pasch (1843-1930), Hilbert (1862 - 1943) se sont penchés sur l'axiomatique de la géométrie euclidienne.
6. Qu'est-ce qu'une construction en mathématique au sens d'Euclide ?
Construire une figure consiste, sauf consigne contraire, à déterminer les points qui la constituent en utilisant ces deux seuls instruments, la règle et le compas, hérités de la tradition platonicienne.
- La règle est considérée ici comme un moyen de relier deux points (déjà déterminés) entre eux. Elle sert à tracer un segment ou une droite: elle n'est donc pas graduée.
- Le compas sert à tracer des cercles dont le centre et un point sont déjà déterminés. Il servira aussi à placer un point en tant qu'intersection de deux cercles.
L'usage des règle et compas seuls dans une construction oblige à la réflexion, au raisonnement, mais il ne doit pas être obligatoire ou systématique. La soi-disant précision de ces instruments est très discutable.
A l'école, l'objectif de la construction, est d'évaluer les connaissances de l'élève sur un nouveau savoir et les propriétés géométriques remarquables de ce savoir (par exemple, construire la médiatrice d'un segment, suite à sa caractérisation). On pourrait cependant exiger l'usage des seuls règle non graduée et compas. Sinon on parlera de tracer plutôt que de construire. Et là, tous les outils sont permis.
L'usage d'une règle graduée, d'un rapporteur, d'une équerre, d'une bande de papier, voire, de nos jours, d'une calculatrice, etc., apparaîtra généralement dans les cas où la construction d'une figure n'est qu'un support visuel du problème étudié et non un objectif.
L'admiration quasi mystique de la droite et du cercle induite par Platon (427 av. JC - 348 av. JC) explique la notion de construction géométrique acceptable à l'aide du compas et de la règle seuls. Ceci fut sans doute un frein au développement des mathématiques par le biais de la géométrie euclidienne.
En effet, l'intersection d'une droite et d'un cercle fournit au plus deux points; par suite, le pendant algébrique de ce dogme de la construction se limite à l'équation du second degré et ne fournit de solutions qu'à des problèmes quadratiques, donc constructibles.
Ces problèmes de constructibilité au sens d'Euclide passionnent et hantent les mathématiciens jusqu'au 19ème siècle. La trissection d'un angle, la quadrature du cercle et duplication du cube sont les plus connus de ces fameux problèmes mathématiques non résolus.
Le français Wantzel (1814-1848) en prolongeant les travaux de Gauss (1777-1855), publie en 1837 un critère de non-constuctibilité à la règle et au compas (théorème de Gauss-Wantzel). Il met fin ainsi à 2 000 ans de recherches infructueuses en montrant l'impossibilité des trois célèbres problèmes (trissection, quadrature et duplication).
Cependant rien n'est vain dans l'histoire de l'humanité. Les mathématiciens grecs débordèrent d'imagination et de génie dans leur acharnement à résoudre les subtils problèmes que furent la duplication du cube, l'évaluation depi, la trisection de l'angle ou la quadrature du cercle. Les étude des sections coniques et la théorie des proportions par exemple furent développées dans ce but.
- Euclide, section dorée et pentagone/décagone régulier :
Les éléments d'Euclide traite des calculs fractionnaires à travers la théorie des proportions empruntée à Eudoxe (5ème av. JC), de l'arithmétique (étude des entiers naturels, divisibilité et nombres premiers, des nombres irrationnels découverts par les Pythagoriciens. Les derniers livres sont consacrés aux aires et aux volumes des configurations usuelles du plan et de l'espace, reprise des travaux d'Eudoxe (5ème av. JC) et Théétète (4ème av. JC) , avec l'étude des polyèdres réguliers (il faudra attendre Archimède (3ème av. JC) pour connaître le volume de la sphère et l'aire de sa surface).
7. La division euclidienne.
- Pour tout couple (a,b) d'entiers naturels non nuls, on peut écrire a = bq + r où q (quotient) et r (reste) sont des entiers naturels uniques avec la condition r < b.
-
- Exemple :
Dans la division euclidienne de 113 par 5, le quotient est 22 et le reste est 3 : 113 = 22 × 5 + 3
- Exemple :
-
- On doit à Euclide la première preuve de l'infinitude de l'ensemble des nombres premiers et de l'existence, pour tout entier naturel au moins égal à 2, d'un diviseur premier inférieur à son carré, ce qui permet la recherche de primarité.
La preuve est assez simple, il montre que si l'ensemble des nombres premiers était fini, alors le nombre N constitué du produit de tous ces nombres premiers + 1 serait lui aussi premier, ce qui contredit l'hypothèse de départ. - Algorithme d'Euclide pour la recherche du PGCD, dont la définition récursive (procédure qui fait appel à elle-même) peut s'écrire : pgcd(a,b) = pgcd(a,r) où a désigne le reste de la division de a par b (division euclidienne). Cette notion de récursion est fondamentale dans les algorithmes mathématiques (et informatiques). Elle permet des programmes de calcul très courts. L'algorithme doit posséder un point d'arrêt : ici ce serait si b = 0 alors pgcd = a.
- Le nom d'Euclide se rattache à de nombreux concepts mathématiques. Il s'agit cependant d'éviter tout anachronisme : des appellations comme distance euclidienne, plan euclidien, espace vectoriel euclidien, norme euclidienne, etc., veulent rappeler que le contexte mathématique sous-jacent est compatible avec la géométrie élémentaire de ce grand mathématicien.
Bibliographie
- [Euclide] : « Les œuvres d'Euclide », traduit littéralement par F. Peyrard, nouveau tirage de mars 1993, Librairie scientifique et technique, Paris, 1993.
- [DaDaPe] : A.DAHAN-DALMEDICO/J.PEIFFER, Une histoire des mathématiques, Seuil, Paris, 1986.
- A.. Jean-Paul Collette « Histoire des mathématiques », Vuibert.
- « Euclide, les Eléments » traduits du texte de Heiberg, introduction de Maurice Caveing, Paris, 1990, PUF.
Pour en savoir plus
- Le site alep0 traite les Éléments intégralement (en anglais).
- Le site NUMDAM propose une édition des Eléments d'Euclide numérisée.
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