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#76 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » De l'utilisation inattendue d'un baromètre pour... mesurer une hauteur » 06-08-2008 14:32:56

JJ

Salut à tous,

Avec un peu d'imagination, on trouve beaucoup de méthodes pour mesurer une hauteur avec un baromètre. On en trouverait encore plus en faisant un peu de bibliographie sur cette question, qui est loin d'être nouvelle. On parle même à ce sujet d'une anecdote dans laquelle Albert Einstein aurait été acteur (ce n'est pas une blague).
Il y a plus d'une dizaine d'années, je m'étais intéressé à la bibliographie des réponses dont il existe diverses versions. Je m'étais même amusé à ré-écrire l'une d'elle sous une forme un peu plus "littéraire". En voici la copie :
:
Excusez mon audace, Monsieur l’Examinateur, mais cette question ne serait-elle pas machavièlique ? il existe tant de méthodes différentes pour mesurer la hauteur d’un bâtiment avec un baromètre ! Comment devinerais-je celle que vous souhaitez m’entendre exposer ?
Certes, il est possible de relever la pression atmosphérique en bas, puis en haut, et d’en déduire la hauteur. Mais je n’ose penser que vous envisagiez une méthode aussi archaïque ! Que l’exploit de Blaise Pascal en 1648 soit salué à cette occasion. Mais, comme il serait imprécis et aléatoire de suivre cet exemple illustre. Le moindre petit milliBar d’erreur entraînerait une incertitude de plus de 7,7 mètres ! Et c’est sans tenir compte des variations de température et de pression ambiante durant notre fatiguante ascension.
Puisque nous sommes maintenant tout en haut, sur la terrasse, pourquoi ne pas tenter une expérience bien plus rapide, mais malheureusement encore plus imprécise ? Tendons le bras au-dessus du vide et laissons tomber le baromètre. Le temps mis avant qu’il ne s’écrase au sol nous donne la hauteur de chute : h=g.t.t /2 (h :mètres ; t :secondes ; g=9,81 sur notre planète). Simple calcul balistique, dont je n’aurai pas l’impudence de répéter une démonstration qui fit l’objet de tant de problèmes éculés. N’en déplaise à feu Galileo Galilei dit Galilée (1602), vous auriez raisons de me dire que c’est sans tenir compte du frottement de l’air, ni de curieuses trajectoires possibles, conséquentes à un aérodynamisme douteux.
Ainsi, me vient-il à l’esprit la méchante idée d’une expérience plus subtile, mais peu recommandable. Une soigneuse visée peut nous permettre de faire tomber le baromètre, non plus sur le trottoir, mais bel et bien sur la tête d’un passant. Le délais entre l’instant d’observation de l’impact, signalé par un geste désespéré, et l’instant de réception du cri de douleur remontant à nos oreilles, nous permet, théoriquement, de calculer la distance parcourue par le son, à raison de 340 m/s et par temps serein.
Effectivement, vous seriez en droit de me faire remarquer que l’énoncé du problème ne dit pas si je dispose, ou non, d’un bon chronomètre. Aussi, me proposerai-je de citer quelques procédés plus directs.

Considérant, par définition, comme unité de mesure la longueur de la planchette en bon chêne de notre baromètre, et reportant cette unité de proche en proche, verticalement, de haut en bas de la cage d’escalier, nous obtenons la hauteur exprimée en BUL. (Unité Barométrique de Longueur, non-standard).
Peut-être vous serait-il plus agréable d’exercer au grand-air, plutôt qu’à l’intérieur ? Trouvez-vous plus aisé un déplacement horizontal au lieu de vertical ? Qu’à cela ne tienne. Eloignons nous suffisamment et à l’extérieur, tout en mesurant la distance avec l’unité dont nous disposons. Puis plaçons le baromètre verticalement. Déterminons le point de visée, à l’alignement entre le haut du baromètre et le faîte du bâtiment. Hommage soit rendu à Thalès, nous voici en état d’appliquer le bien connu théorème des triangles homothétiques pour calculer la hauteur, exprimée en BUL, bien-entendu.
Mais notre « Unité Barométrique de Longueur » n’est pas homologuée. Que voilà une objection d’esprit matérialiste ! Et bien, puisqu’il faut aller jusqu’aux détails les plus terre-à-terre, démontons notre baromètre. Nous en extrayons la réglette graduée en centimètres et en millimètres évidemment. Nous voici en possession d’un excellent outil métrologique, simple, fiable et précis.
Mais vous voyez déjà où je veux en venir : soit mesurer la planchette et établir la relation entre BUL et mètre-étalon, soit, si nous en avons le courage, recommencer les mesures de longueurs précédentes avec notre nouvelle règle, dont plus personne ne contestera la validité.
Bien sûr, certains, peu enclins à l’effort, choisirons d’autres variantes, comme par exemple mesurer soigneusement la hauteur d’une marche d’escalier et multiplier par leur nombre. Que sais-je... L’imagination de ces tire-au-flanc est sans limite.
Qu’Evangelista Torricelli (1643), paix soit à son âme, leur pardonne ce qu’il serait en droit de considérer comme usages abusifs de son invention.

Pour ma part, je trouve toutes ces techniques quelque peu démodées, même si d’aucuns ressentent encore un plaisir « rétro » à des pratiques d’un style très XIXème sciècle.
Et, qui plus est, il me ferait mal au cœur d’abîmer un si respectable baromètre !
Aussi, je m’en vais, de ce pas, trouver le gérant de la résidence : « Cher Monsieur », lui dirai-je, « voici un très beau baromètre de précision, sur solide chêne sculpté, que je vous céderais volontiers si vous me disiez quelle est la hauteur de ce bel immeuble dont vous avez la charge ». Après m’avoir renseigné, nul doute que le brave homme, enchanté par une telle affaire, ne m’invite à quelque libation, assortie d’une agréable, si ce n’est peu intellectuelle, mais néanmoins reposante conversation.

#79 Re : Entraide (collège-lycée) » Equations trigonométriques [Résolu] » 31-05-2008 07:00:13

JJ

Bonjour,

l'affirmation est fausse. g(x) est positif pour des valeurs de x>0, (mais voisines de 0). Exemple :
Soit x=1/((2k+1)*pi) avec k entier assez grand (et qui va être précisé). dans ces cas, on a :
sin(1/x)=0 et cos(1/x)=-1
(-cos(1/x)+x*sin(1/x))/6 = 1/6
et x^(1/10) = (1/((2k+1)pi)^(1/10)) donc :
g(x) = (1/6)-(1/((2k+1)pi)^(1/10))
g(x)>0 si ((2k+1)pi)^(1/10)>6 donc si (2k+1)>(6^10)/pi  et à fortiori si k>(6^10)/(2pi)
Conclusion : pour les valeurs de k entier > (6^10)/(2pi) on a g(x)>0 avec x=1/((2k+1)pi), ce qui montre que g(x) n'est pas toujours négatif et bien que ces valeurs de x soient positives et <1.

#80 Re : Entraide (collège-lycée) » Tranformation complexe TS[Résolu] » 08-05-2008 07:07:15

JJ

<< ... pour payer la retraite de nos "anciens"  et l'ardoise qu'ils nous laissent !  ;-) >>
Sans oublier que nos "anciens" nous laissent aussi des batiments où nous logeons, ceux où nous dormons, ceux où nous mangeons, ceux où nous étudions, des routes ou nous roulons, des rues où nous manifestons, etc, etc, etc...

#81 Re : Entraide (collège-lycée) » Isolement de la variable D [Résolu] » 08-03-2008 15:50:16

JJ

J'enfonce encore un peu plus le clou :
Ce que tu demandes, Karine, est impossible dans le cas général.
Ce n'est possible que pour certaines valeurs particulières de A et B, ainsi que cela a été expliqué.
Mais, à partir du moment où les paramètres sont remplacés par des nombres donnés, c'est tout à fait différent : Les restrictions précédentes n'ont plus lieu d'être. C'est du calcul numérique. Ce n'est plus du calcul formel.

#82 Re : Entraide (collège-lycée) » Isolement de la variable D [Résolu] » 08-03-2008 09:00:39

JJ

Bonjour,
pour préciser un peu la réponse de john (que je salue à cette occasion)
:
L'inconnue étant D et les paramètres connus étant A, B, C, Y et Z :
C = ((1+D)^A)Y +((1+D)^B)Z
Le signe ^ veut dire "à la puissance". Par exemple x^y veut dire x puissance y.
Posons  :
u = Y^(1/(B-A))
v = Z^(1/(B-A))
p = B/A
q = C.(v^A)/(u^B)
Etant donnés A, B, C, Y et Z , on commence par calculer p, u, v et q.
L'inconnue D est alors donnée par :
D = ((u/v)x) -1
Avec x solution de l'équation :
(x^p)+x-q = 0
Connaissant p et q, on calcule x en résolvant cette équation.
Ce genre d'équation est bien connu : Tout dépend de p, c'est-à-dire de A et de B.
Si p est égal à certains entiers relatifs ou à certains nombres rationnels (-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, (-1/2), (1/2), (-1/3), (1/3), (2/3), (4/3), (1/4), (3/4), par exemple), dans ces cas, l'équation se ramène, par quelques transformations très simples, à une équation de degré entier inférieur à 5. On sait résoudre ces équations dont la (ou les) solution(s)  s'expriment avec les formules connues (1er et second degré) , les formules dites de Cardan (3ième degré) et les formules de Ferrari (4ième degré).
Dans le cas général (autres valeurs de p), les solutions ne peuvent pas s'exprimer avec les fonctions usuelles. Leur écriture formelle fait intervenir des développements en série infinie, ou des fonctions spéciales (comme par exemple les fonctions thêta de Jacobi dans le cas p=5 ) En pratique, ce qui vient d'être dit est sans intérêt concret : la résolution se fait, purement et simplement, par calcul numérique. Il existe de nombreuses méthodes pour obtenir les résultats avec autant de précision que nécessaire.

#83 Re : Entraide (collège-lycée) » Problème sur un développement limité [Résolu] » 04-03-2008 08:12:00

JJ

Bonjour taz64

Ainsi que John l'a dit, ton calcul est faux.
Remarque que ta série est la dérivée de la série:
1+x+x²+...+(x^n)
Il est plus simple de calculer cette série géométrique et de la dériver ensuite.

#84 Re : Entraide (collège-lycée) » Intégrales » 28-02-2008 17:15:54

JJ

ce sera plus facile en partant de :
ln(x+(1/x)) = ln(x²+1) - ln(x)
et en intégrant séparément chacune de ces deux fonctions.

#86 Re : Entraide (collège-lycée) » Intégrales » 20-02-2008 07:34:30

JJ

D'accord  avec Barbichu, il faut savoir vulgariser (jusqu'à un certain point ! )

Toutefois, pour ceux dont le niveau permet de comprendre, il faut bien insister sur le fait que les primitives existent, mais on ne les écrit pas avec les fonctions qui sont enseignées à un niveau élémentaire.
Dans le cas présent, voir l'intégrale elliptique incomplète de seconde espèce.

#87 Re : Entraide (collège-lycée) » Intégrales » 18-02-2008 08:32:53

JJ

Tout dépend si on connait les bornes d'intégrations, donc si on cherche à calculer une intégrale définie, ou au contraire si on ne les connait pas et que l'on cherche une expression formelle des primitives.
- Dans le cas où on cherche les primitives de cette fonction, la réponse est : on ne peut pas les écrire avec un nombre fini de fonctions usuelles. Mais on le peut, soit avec une série infinie, soit avec une fonction dite "spéciale": la fonction Beta Incomplète.
- Dans le cas où il s'agit de calculer une intégrale définie de cette fonction, en général cela se fait par calcul numérique, ce qui ne pose pas de difficulté particulière : ne nombreuses méthodes existent. Toutefois, pour certaines valeurs particulières des bornes d'intégration, on peut calculer l'intégrale définie sans avoir besoin de connaitre formellement une primitive.  Les exercices scolaires de maths. sont généralement choisis pour qu'il en soit ainsi : le problème est posé de telle sorte que les bornes d'intégration sont connues ou calculées dans un premier temps et elles ont des valeurs particulières pour lesquelles l'intégrale définie peut être calculée sans avoir besoin de connaitre une primitive.
Pour les exercices scolaires de physique, souvent le résultat est attendu simplement par calcul numérique et non par calcul analytique.

#88 Re : Entraide (collège-lycée) » fonction exponentielle [Résolu] » 05-01-2008 08:46:38

JJ

Dans les cas x tendant vers 0+ et 0-, tu poses t=1/x
f(x)=x e^(1/x) = g(t) = (e^t)/t
avec t tendant respectivement vers +infini et -infini

#89 Re : Entraide (collège-lycée) » les dérivés en galères [Résolu] » 27-12-2007 10:55:34

JJ

f(x) = 2x+(3/x)-2
f(x) = 2x+(3/(x-2))
f(x) = ((2x+3)/x)-2
f(x) = (2x+3)/(x-2)
... ?

#90 Re : Entraide (collège-lycée) » somme de serie [Résolu] » 27-12-2007 09:45:53

JJ

Bonjour redred01,
inutile de perdre ton temps à chercher une expression analytique simple pour cette somme.
En effet, sa valeur est désignée par Z sous le nom de "constante d'Apéry" et elle ne peut pas être écrite sous la forme d'une formule comprenant uniquement des fonctions usuelles ou des constantes usuelles, en nombre fini.
Des constantes comme cela, il en existe beaucoup et tu en connais certainement quelques unes, par exemple le nombre pi, ou la constante e (base des logarithmes népériens), etc.
On les écrit sous forme de séries infinies ou de certaines intégrales définies.
Bien sûr, on peut les calculer avec autant de chiffres décimaux que l'on veut, par exemple
pi = 3, 141592653...
e = 2,718281828...
Z = 1,202056903...
Il faudrait que tu connaisses des fonctions de plus haut niveau que les fonctions usuelles, que l'on appelle "fonctions spéciales". Le nombre d'Apéry est une valeur particulière de la fonction zéta de Riemann:
Z = zéta(3).

#91 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » -1=1 » 24-12-2007 08:42:19

JJ

Bonjour Cleopatre,

ce que tu as écrit est bien connu. C'est rappelé dans les publications qui ont été citées :
dans l'article : "zéro puissance zéro", magazine Quadrature n°66, pp.34-36, octobre 2007, et c'est aussi sur le lien donné par John.
Mais, si tu avais pris la peine de consulter ces documents, tu aurais compris que ce n'est qu'une vue parcellaire et propre à un domaine particulier des mathématiques. Il faut avoir une vue plus large et plus générale pour répondre correctement et complètement à cette question, ce qui a été fait dans les papiers cités (et dans d'autres).
A cette occasion, je voudrais révenir à la question initialement posée par "redred01", qui concernait le soit-disant paraxode -1=1 ( dont l'explication a été clairement apportée). Ceci pour dire que, dans le même esprit, on peut proposer d'une façon encore plus choquante : 1 est différent de 1.
C'est enfantin : De toute évidence -1 est différent de 1. Les carrés de deux nombres différents étant différents, on a (-1)^2 différent de (1)^2  . Puisque (-1)^2=1, donc : 1 est différent de 1.
Bien évidemment l'erreur est dans la seconde phrase. C'est l'erreur correspondante à celle qui est faite dans la question posée par redred01.

#92 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » Construire les nombres algébriques à l'équerre et au compas ?? » 20-12-2007 06:59:44

JJ

Attention, dès que l'on parle de trissection sur un forum, cela attire les "trols trissecteurs" comme des mouches sur une m.... Voir par exemple :
http://les-mathematiques.u-strasbg.fr/p … msg-410762

#93 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » i=0(nombre complexe) » 14-12-2007 09:52:04

JJ

Barbichu a tout à fait raison.
Dans le domaine des complexes, ln(1)=2.k.pi.i  ( et non pas ln(1)=0 qui "oublirait" une infinité de déterminations).
Dans le domaine des réels, cela se réduit à la la valeur particulière k=0, soit : ln(1)=0.

#94 Re : Entraide (collège-lycée) » Equa dif [Résolu] » 09-12-2007 14:59:27

JJ

Ce n'est pas à la ligne 5 qu'il y avait une faute, c'est à la ligne 4 :
La dérivée de ln(1+y'^2) est 2y''y'/(1+y'^2) donc :
(1/2)ln(1+y'^2) = ln(y) +constante
Je vous laisse refaire la suite du calcul (le changement de signe fait changer beaucoup de choses...)
Merci à John d'avoir signalé l'erreur.

#95 Re : Entraide (collège-lycée) » Equa dif [Résolu] » 09-12-2007 09:02:00

JJ

yy''=1+y'^2
tu ne dis pas quelle est la variable ! Supposons que ce soit x, donc on cherche y(x).
y''y'/(1+y'^2) = y'/y
La dérivée de 1/(1+y'^2) est -2y''y'/(1+y'^2) .
Donc une primitive de y''y'/(1+y'^2)  est  -(1/2)ln(1+y'^2)
et une primitive de y'/y est ln(y). L(intégration donne :
-(1/2)ln(1+y'^2) = ln(y) +constante
(1+y'^2) = C /y^2
y' = ((C /y^2)-1)^(1/2) = ((C -y^2)^(1/2))/y
dy/dx = ((C -y^2)^(1/2))/y
dx =( y/((C -y^2)^(-1/2) )dy
que l'on intègre :
x = ( (C -y^2)^(1/2) ) + constante
(x-c)^2 = C -y^2
y = ( C -(x-c)^2 )^(1/2)
avec C et c  les deux constantes d'intégrations.
(Devant chaque racine carrée, il faut mettre + ou - )

#97 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » -1=1 » 04-12-2007 15:57:09

JJ

Ces discussions oiseuses au sujet de 0^0 ... Elles continuent !!!
Pourtant, la réponse à cette question a été apportée clairement et complètement, depuis lontemps dans des papiers qui ont été publiés. Par exemple, John a donné un lien avec un site où l'on trouve une excellente explication. Au minimum, prenez la peine de lire la conclusion !

#98 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » -1=1 » 03-12-2007 19:50:15

JJ

Vous savez, on peut discuter indéfiniment sur 0^0 tant que l'on ne précise pas dans quel domaine des mathématiques ce symbolisme est défini et s'applique : théorie des ensembles, algèbre, topologie,... Ne pas confondre !  Tout ceci apparait dans l'article cité plus haut :
"zéro puissance zéro", magazine Quadrature n°66, pp.34-36, octobre 2007.
Vous y retrouverez l'analyse des différents points de vue des intervenants précédents, ainsi que d'autres. Et vous verrez à cette occasion que le "monstre du Power Less" vient de faire, une fois de plus, réapparition !!!

#99 Re : Enigmes, casse-têtes, curiosités et autres bizarreries » -1=1 » 03-12-2007 07:29:19

JJ

L'article : "zéro puissance zéro" dans le magazine Quadrature n°66, pp.34-36, octobre 2007

#100 Re : Entraide (collège-lycée) » Limites des suites [Résolu] » 22-09-2007 07:44:35

JJ

La limte quand n tend vers quoi ?
De plus, le manque de parenthèses rend la formule très ambigue : elle peut se comprendre de plusieurs façons différentes. Dans ces conditions, toute réponse repose sur des suppositions.
Supposons que ce soit :
Un = ((5^n)-(3^n))/((5^n)-(2^n))
Un = (1-((3/5)^n))/(1-((2/5)^n))
Supposons que n tend vers l'infini. Les termes (3/5)^n  et (2/5)^n tendent vers 0. Donc Un tend vers 1.

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