Géométrie euclidienne élémentaire. Euclide : axiomatisation de la géométrie

Documents pareils
Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Si deux droites sont parallèles à une même troisième. alors les deux droites sont parallèles entre elles. alors

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Fonctions de plusieurs variables

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Mesure d angles et trigonométrie

Cours Fonctions de deux variables

Angles orientés et trigonométrie

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Intégrales doubles et triples - M

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Fonctions de plusieurs variables

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Construction de la bissectrice d un angle

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Représentation géométrique d un nombre complexe

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

1S Modèles de rédaction Enoncés

La médiatrice d un segment

Fonctions de plusieurs variables

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Deux disques dans un carré

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Sites web éducatifs et ressources en mathématiques

Limites finies en un point

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

3 Approximation de solutions d équations

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Cours de Mécanique du point matériel

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Quelques contrôle de Première S

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Géométrie dans l espace

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Notes du cours MTH1101N Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Activités numériques [13 Points]

Séquence 2. Repérage dans le plan Équations de droites. Sommaire

Plan du cours : électricité 1

On ne peut pas entendre la forme d un tambour

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

EXERCICES DE REVISIONS MATHEMATIQUES CM2

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Repérage d un point - Vitesse et

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

Durée de L épreuve : 2 heures. Barème : Exercice n 4 : 1 ) 1 point 2 ) 2 points 3 ) 1 point

Fonctions Analytiques

Chapitre 7 : Intégration sur un intervalle quelconque

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Image d un intervalle par une fonction continue

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Amphi 3: Espaces complets - Applications linéaires continues

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

Polynômes à plusieurs variables. Résultant

Séquence 10. Géométrie dans l espace. Sommaire

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

3. Conditionnement P (B)

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Paris et New-York sont-ils les sommets d'un carré?

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Formes quadratiques. 1 Formes quadratiques et formes polaires associées. Imen BHOURI. 1.1 Définitions

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Chapitre 2. Matrices

COURS EULER: PROGRAMME DE LA PREMIÈRE ANNÉE

Cercle trigonométrique et mesures d angles

Michel Henry Nicolas Delorme

Vision industrielle et télédétection - Détection d ellipses. Guillaume Martinez 17 décembre 2007

Cours d Analyse 3 Fonctions de plusieurs variables

Examen optimisation Centrale Marseille (2008) et SupGalilee (2008)

Fonctions de plusieurs variables et applications pour l ingénieur

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Optimisation des fonctions de plusieurs variables

Approximations variationelles des EDP Notes du Cours de M2

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

La programmation linéaire : une introduction. Qu est-ce qu un programme linéaire? Terminologie. Écriture mathématique

Commun à tous les candidats

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

Chapitre 2 : Vecteurs

Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Fonctions de plusieurs variables. Sébastien Tordeux

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Transcription:

Une approche déductive rigoureuse de la géométrie euclidienne élémentaire Jean-Pierre Demailly Institut Fourier, Université de Grenoble I, France 15 mars 2010 / Séminaire IREM - Repères / Luminy Euclide : axiomatisation de la géométrie

Viète et l algèbre nouvelle Descartes et la géométrie analytique

L axiomatique de Hilbert La réforme des mathématiques modernes

Raisonnement : aire du disque (fin primaire) disque parallélogramme R π = P D P = 2πR P 2 = πr d où (aire du disque de rayon R) = πr R = πr 2. Une approche basée sur la distance Notion primitive : la distance d(a,) = A. Inégalité triangulaire. Étant donnés trois points A,,C, les distances vérifient toujours AC A +C, autrement dit la longueur d un côté d un triangle est toujours inférieure ou égale à la somme des longueurs des deux autres côtés. Justification intuitive. H C C H A A L hypoténuse est plus grande que les côtés de l angle droit...

On peut déjà donner des définitions rigoureuses Segments, droites, demi-droites. Étant donné deux points A, du plan ou de l espace, on appelle segment [A, ] d extrémités A, l ensemble des points M tels que AM +M = A. On dit que trois points A,, C sont alignés avec situé entre A et C si [A,C], et on dit qu ils sont alignés (sans autre précision) si l un deux appartient au segment formé par les deux autres. Étant donné deux points distincts A,, la droite (A) est l ensemble des points M alignés avec A et ; la demi-droite [A,) d origine A contenant est l ensemble des points M alignés avec A et tels que M soit situé entre A et, ou entre A et M. Deux demi-droites de même origine sont dites opposées si leur réunion forme une droite. Axes : premier lien avec la géométrie analytique Définition. Un axe est une droite D muni d une origine O et d une orientation, c est à dire un choix d un point I situé à une distance égale à l unité, repéré comme +1. 1 I 0 O +1 I Abscisse d un point. x M = +OM si M [0,I), x M = OM si M [0,I ). Mesure algébrique. A = x x A = ±A. Relation de Chasles. A +C = AC. Elle résulte du fait que (x x A )+(x C x ) = x C x A.

Droites, plans, parallélisme Droites, plans, parallélisme. Deux droites D, D sont dites concourantes si leur intersection est constituée d exactement un point. Un plan P est un ensemble de points balayé par les droites (UV) telles que U décrit une droite D et V une droite D, pour des droites D et D concourantes données. Si A,, C sont 3 points non alignés, on note (AC) le plan associé par exemple aux droites D = (A) et D = (AC). Deux droites D et D sont dites parallèles si elles sont confondues, ou bien si elles sont contenues dans un même plan P et ne coupent pas. Angles (secteurs angulaires) Angles (secteurs angulaires). Un angle aigu Þ AC (ou secteur angulaire aigu) défini par deux demi-droites [A,), [A,C) de même origine et non opposées est l ensemble balayé par les segments [U,V] avec U [A,) et V [A,C). Un angle obtus (ou secteur angulaire obtus) AC est le complémentaire de l angle aigu Þ AC dans le plan (AC), union les 2 demi-droites [A,) et [A,C) comme bord. Étant donné une droite D et une demi-droite [A,M) avec A D et M / D, le demi-plan bordé par D contenant M est la réunion de tous les segments [U,V] tels que U D et V [A,M). Le demi-plan opposé est celui associé à une demi-droite [A,M ) opposée à [A,M). On parle aussi dans ce cas d angles plats de sommet A.

Cercles, arcs, mesures des angles Cercles, arcs, mesures des angles. Le cercle de centre A et de rayon R > 0 est l ensemble des points M d un plan P tels que d(a,m) = AM = R. Un arc de cercle est l intersection d un cercle avec un secteur angulaire ayant pour sommet le centre du cercle. La mesure d un angle (en degrés) est calculée proportionnellement à la longueur de l arc de cercle qu il intercepte sur un cercle dont le centre est le sommet de l angle, de sorte que le cercle complet corresponde à 360. angle plat = angle de mesure 180 (arc = demi-cercle) angle droit = moitié d un plat = angle de mesure 90. Deux demi-droites de mêmes extrémités sont dites perpendiculaires si elles forment un angle droit. Le théorème de Pythagore

Constructions de triangles / cas d isométrie Problème. Construire un triangle AC ayant une base C donnée et deux autres éléments donnés, à savoir : (1) les longueurs des côtés A et AC, (2) les mesures des angles Þ AC et Þ AC, Þ (3) la longueur du côté A et la mesure de l angle AC. A A C C A C C C C A A A Les coordonnées cartésiennes y M y M x x d(m,m ) = (x x ) 2 +(y y ) 2.

Le carré en coordonnées cartésiennes ( v ; u) A (u; v) O C ( u; v) D (v ; u) Droite y = ax +b y 3 M 3 y 2 M 2 x 1 x 2 x 3 M 1 M 1 M 1 y 1 M 1 M 2 = (x 2 x 1 ) 2 +a 2 (x 2 x 1 ) 2 = (x 2 x 1 ) 1+a 2.

Le théorème de Thalès D : y = ax y A x D : y = a x 1 : x = x 1 A 2 : x = x 2 D D O 1 2 Des preuves riches (vive Archimède...) 2R 2πR L aire de la sphère est la même que celle de la carte rectangulaire qui la représente: A = 2R 2πR = 4πR 2.

La preuve d Archimède z z b b O O R r Oz R r vue de dessus vue de côté a a d où égalité des aires : a b = ab. b b = r R a a = R r. Une axiomatique rigoureuse Définition. On appellera plan euclidien un ensemble de points noté P, muni d une distance d, c est-à-dire une application d : P P R +, (M,M ) d(m,m ) = MM 0, de sorte qu il existe des systèmes de coordonnées orthonormés : à tout point M P on peut faire correspondre un couple de coordonnées (x ; y) R 2, par une correspondance bijective M (x ; y) satisfaisant l axiome (Pythagore + Descartes) d(m,m ) = (x x) 2 +(y y) 2 pour tous points M (x ;y) et M (x ; y ).

Interprétation géométrique de cette axiomatique P y O x Construction des vecteurs D C I A On trouve donc la condition nécessaire et suffisante x I = 1 2 (x +x D ) = 1 2 (x A+x C ), y I = 1 2 (y +y D ) = 1 2 (y A+y C ), ce qui équivaut encore à x +x D = x A +x C, y +y D = y A +y C ou encore à x x A = x C x D, y y A = y C y D,

Le produit scalaire La norme V d un vecteur V = A est la longueur A = d(a,) d un bipoint quelconque qui le définit. On pose (1) 1( U V = U + V 2 U 2 V 2) 2 de sorte que l on a en particulier U U = U 2. Le nombre U V s appelle le produit scalaire de U et V, et U U s appelle aussi le carré scalaire de U, noté U 2. On obtient par conséquent U 2 = U U = U 2. D après la définition (1), nous avons (2) U + V 2 = U 2 + V 2 +2 U V, ce qui peut se récrire (3) ( U + V) 2 = U 2 + V 2 +2 U V. Jusqu aux travaux de ernhard Riemann

Jusqu aux travaux de ernhard Riemann Une variété riemannienne est par définition une variété différentielle X, c est-à-dire un espace qui admet localement des systèmes de coordonnées différentiables réelles x = (x 1 ; x 2 ;... ; x n ), muni d une métrique infinitésimale g de la forme ds 2 = g(x) = a ij (x)dx i dx j. 1 i,j n La métrique hyperbolique du disque est donnée par ds 2 = dz 2 (1 z 2 ) 2 = dx 2 +dy 2 ( 1 (x 2 +y 2 ) ) 2. Elle contredit le 5e postulat d Euclide. Les géométries non euclidiennes Le disque de Poincaré (ou plan hyperbolique) d P (a,b) = 1 2 b a 1+ 1 ab ln 1 b a. 1 ab p D

... aux travaux de Felix Hausdorff... aux travaux de Felix Hausdorff Si (E,d) est un espace métrique quelconque, on définit la mesure de Hausdorff p-dimensionnelle d une partie A de E comme H p (A) = lim H p,ε (A), H p,ε (A) = inf (diama i ) p ε 0 diama i ε où H p,ε (A) est la borne inférieure des sommes i (diama i) p étendue à toutes les partitions dénombrables A = A i avec diama i ε. Si (E,d) est un espace métrique et K, L des parties compactes de E, la distance de Hausdorff de K et L est d H (K,L) = max { max x K min y L d(x,y),max y L min x K d(x,y)}. i

... et de Mikhail Gromov... et de Mikhail Gromov Un espace de longueurs est un espace métrique (E,d) tel que pour tous points A, il existe un point milieu I tel que d(a,i) = d(i,) = 1 2d(A,). Si l espace E est complet, on peut alors construire un chemin γ d extrémités A, tel que d(a,γ(t)) = (1 t)d(a,) et d(γ(t),) = td(a,) pour tout t [0,1]. si X et Y sont deux espaces métriques compacts, leur distance de Gromov-Hausdorff d GH (X,Y) est l inf des distances de Hausdorff d H (f(x),g(y)) pour tous les plongements isométriques possibles f : X E, g : Y E de X et Y dans un même espace métrique compact E.