Intégrale hyperbolique et constante d'Apéry, un clin d'œil à Axel Arno (1/2)
Intégrale hyperbolique et constante d'Apéry, un clin d'œil à Axel Arno (1/2)
Axel Arno sur sa chaîne YouTube éponyme s'est intéressé à une intégrale trigonométrique dont la valeur est proportionnelle à la constante d'Apéry.
Cette vidéo se propose de démontrer qu'il en va de même si l'on substitue aux fonctions trigonométriques leurs homologues hyperboliques moyennant un changement de la borne supérieure de l'intégrale.
Mots clés : constante d'Apéry, fonctions hyperboliques, cosinus hyperbolique, sinus hyperbolique, tangente hyperbolique, fonctions hyperboliques réciproques, intégration par partie, intégration par changement de variable, fonction zêta de Riemann, fonction êta de Dirichlet, Roger Apéry.
Ce deuxième épisode consacré à la topologie générale est accessible dès le niveau Bac+1. le premier épisode se situait dans un cadre de vulgarisation scientifique.
Nous introduisons ici les notions élémentaires de topologie générale de manière plus technique.
Pour cela, nous utilisons la droite des réels, un espace topologique qui nous est familier depuis le collège. Les notions fondamentales topologie générale que sont la notion de voisinage de la notion d’ouvert sont définis dans le cadre des espaces métriques est donc plus particulièrement dans le cas de la droite des réels.
1. Les intervalles dans R
Intervalles fermés, intervalles ouverts, intervalles semi-ouverts…
Intervalles non bornés.
Comment définir la notion d’intervalle ?
Définition de la notion de segment.
Définition de la convexité.
Caractérisation des parties convexes de IR : les intervalles de IR sont justement les parties convexes de IR.
Définition d’un intervalle.
Union de deux intervalles, intersection de deux intervalles.
Qu’est-ce qu’un espace métrique ?
Qu’est-ce qu’une distance ?
2. Boules ouvertes et boules fermées
Définition d’une boule ouverte
Les boules ouvertes dans IR, ce sont les intervalles ouverts de IR.
Les boules fermées dans IR, ce sont les intervalles fermés de IR.
La notion de boule ouverte dans l’ensemble des nombres complexes.
3. Voisinage d’un point
Définition d’un voisinage (Felix Hausdorff, 1914)
Exemple visuel de voisinage d’un point
La notion de voisinage dans R
Exemple de voisinage sur la droite des réels
Un cas un peu curieux lorsque E = [0, 1]
Voisinage de l’infini dans R
À quoi sert la notion de voisinage ?
Définition de la notion de limite à l’aide des voisinages
4. Intérieur, adhérence et frontière
La notion de point intérieur
Illustration visuelle de la notion de point intérieur
La notion de point intérieur dans IR
Définition de l’intérieur d’une partie
Propriétés de l’intérieur d’une partie
Définition de la notion de point intérieur
Notion de point adhérent dans R
Définition de l’adhérence
Exemples d’adhérence (de fermeture) dans R
Définition de la notion de frontière d’une partie
Exemples de frontière dans R
5. Notions d’ouverts de fermés
La définition des ouverts et des fermés a été donnée par Felix Hausdorff en 1914 dans son ouvrage Grundzüge der Mengenlehre.
Définition d’un ouvert dans un espace métrique
E et Ø, l’ensemble vide, sont à la fois des ouverts et des fermés.
La notion d’ouvert n’est pas le contraire de la notion de fermé !
Boules ouvertes et ouverts : les boules ouvertes sont bien des ouverts.
Toute boule fermée est bien un fermé.
Ouverts et fermés dans R.
Toute réunion d’ouverts de E est un ouve
...
https://www.youtube.com/watch?v=B5gqNB8H5Ag
Maths+1 (chaîne Youtube de cours de mathématiques)
Saison 4 : cours de mathématiques niveau Bac+1 (MPSI, ECS, L1...)
Épisode 1 : La logique
eric75@yahoo.fr
...
https://www.youtube.com/watch?v=nC17mUSyFLU
Pour soutenir la chaîne et la rendre viable dans la durée :
https://www.tipeee.com/mathsplusun
Dans ce troisième épisode consacré aux séries en mathématiques nous abordons les travaux de Jacques Bernoulli (1654 - 1705), l'un des grands mathématiciens du XVIIe siècle.
Cet épisode peut être consulté par les étudiants de terminale et de niveau Bac+1 : MPSI, PCSI, PTSI, TSI, BCPST, ECS, licence L1 de mathématiques ainsi que par toute personne curieuse des travaux de Bernoulli sur les sommes infinies.
Bernoulli est l'aîné d'une incroyable famille de mathématiciens et de scientifiques. Si Jacques Bernoulli est connu pour ses travaux en théorie des probabilités, il a également contribué de manière notable à l'étude des sommes infini et a découvert le nombre e (nombre de Neper) qui à l'époque n'avait pas de nom.
Jacques Bernoulli a également donné son nom aux nombres de Bernoulli dont il n'a pas soupçonné l'importance. Les nombres de Bernoulli se retrouvent dans différentes branches des mathématiques et n'ont sans doute pas encore livré tous leurs secrets.
Dans cet épisode nous croisons plusieurs mathématiciens : Pietro Mengoli, Gottfried Wilhelm Leibniz
1. La somme des inverses des racines carrées
2. L'article de 1692 sur les carrés des puissances de 2
3. Bernoulli et la formule des intérêts composés
(ou la découverte du nombre e)
Intérêts simples : suite arithmétique
Intérêts composés : suite géométrique
Une formule générale et une étrange suite. La suite est-elle convergente ? Une conjecture de convergence mais comment le démontrer ?
La forme indéterminée un puissance l'infini.
Comment lever l'indétermination.
Utilisation de la formule du binôme.
Une série numérique à la place d'un suite numérique.
Convergence de la série ?
La série converge plus vite que la suite !
La limite est un irrationnel (démonstration par l'absurde).
La limite est le nombre e (nombre de Neper).
4. Les nombres de Bernoulli
Le problème du calcul de la somme des puissances des entiers consécutifs.
Pythagore et les nombres triangulaires
Archimède et la somme des carrés des entiers consécutifs
Aryabhata et la somme des cubes des entiers consécutifs
D'autres mathématiciens s'intéressent au problème : Al-Karaji, Alhazen, Pierre de Fermat.
Les astuces de Blaise Pascal (formule du binôme).
La vision polynomiale de Johannes Faulhaber ouvre la voie à Bernoulli.
Bernoulli découvre les nombres de Bernoulli (nom donné par Abraham de Moivre). Le mathématicien japonais Seki Kowa avait lui aussi découvert ces nombres.
Éléments bibliographiques
Analyse (maths spé MP-MP*) chez De Boeck
Bernoulli (collection génies mathématiques)
e: the story of a number par Eli Maor
To infinity and Beyond par Eli Maor
...
https://www.youtube.com/watch?v=HcasKjxidN8
www.mathsplusun.com
Pour soutenir et aider la chaîne Maths+1 :
https://fr.tipeee.com/mathsplusun
Découvrir et apprendre les mathématiques au travers de l'histoire des peuples et des cultures, tel est le projet de la série Les mathématiques au travers du temps et de l'espace.
Dans ce premier épisode nous remontons aux origines des nombres et du calcul de la Préhistoire, en passant par l'Égypte antique et la Mésopotamie.
Constat n°1 : Nous ne sommes pas les seuls à savoir compter !
Constat n°2 : Certains peuples encore vivant n’ont pas de mots au-delà de deux !
Constat n°3 : Les traces préhistoriques d’activités mathématiques sont rares et discutables
Concept mathématique n°1 : Les nombres premiers
Constat n°4 : On peut compter sans utiliser les nombres
Concept mathématique n°2 : La correspondance terme à terme
Constat n°5 : Les enfants comptent sur leurs doigts...
Constat n°6 : La division est une opération difficile
Concept mathématique n°3 : Les diviseurs d'un nombre
Constat n°7 : Le système des jetons semble initialement lié aux objets qu’ils représentent
Constat n°8 : Un trop grand nombre de jetons devient ingérable
Constat n°9 : Les égyptiens utilisaient une représentation non positionnelle
Concept mathématique n°4 : L'addition et la multiplication en numérotation égyptienne
Concept mathématique n°5 : La multiplication égyptienne
Concept mathématique n°6 : La division égyptienne
Concept mathématique n°7 : Les fractions égyptiennes
Constat n°10 : Les mésopotamiens de comptaient pas du tout comme les égyptiens
Concept mathématique n°8 : La base 10, la base 60
Constat n°11 : La numérotation babylonienne est plus simple que celle des sumériens !
Concept mathématique n°9 : L'inverse mésopotamien
Concept mathématique n°10 : Multiplication et division mésopotamienne
Bibliographie
Sapiens à la plage, Jean-Baptiste de Panafieu
Le compte y est !, Norman Biggs
L'empire des nombres, Denis Guedj
Une histoire des mathématiques, Amy Dahan-Dalmedico, Jeanne Peiffer
Arpenter l'infini, Ian Stewart
Histoire universelle des chiffres, Georges Ifrah
Petites histoires des mathématiques, Jean-Pierre Escofier
L'aventure des nombres, Gilles Godefroy
Dans le secret des nombres, Marianne Freiberger et Rachel Thomas
Sur les traces de l'Homo mathematicus, Bernard Duvillié
Antimanuel de mathématique, Robert Van Loo
Le matin des mathématiciens, Émile Noël
2500 ans de mathématiques, Georges Barthélémy
Histoire des mathématiques, Jean C. Baudet
Le calcul et la géométrie au temps des pharaons, Michel Rousselet
A History of Mathematics, Carl B. Boyer, Uta C. Merzbach
History of Mathematics, An Introduction, David Burton
A History of Mathematics, From Mesopotamia
...
https://www.youtube.com/watch?v=-FuzROk9KLQ