Le blog-notes mathématique du coyote

Aucune investigation humaine ne peut être qualifiée de science véritable si elle ne peut être démontrée mathématiquement.

Léonard de Vinci

Si vous vous êtes déjà trouvé bloqué devant un problème de Sudoku, vous avez peut-être imaginé que l'énigme n'avait pas de solution, ou, lorsque finalement vous en résolviez un, que votre solution n'était pas forcément la seule.

Ces questions et d'autres sont explorées dans l'article Sudoku Squares and Chromatic Polynomials d'Agnes M. Herzberg et M. Ram Murty, paru dans l'édition de juin-juillet 2007 des Notes de l'AMS (American Mathematical Society) dans lequel les auteurs utilisent des outils mathématiques de la théorie des graphes pour analyser systématiquement des problèmes de Sudoku. Ils y démontrent également que l'analyse de ce type de problèmes conduit vers certains problèmes non résolus de cette théorie.
Dans ce contexte, un "graphe" est un ensemble de noeuds reliés par des segments. On peut représenter les 81 cases d'un Sudoku comme les 81 noeuds d'un graphe, et l'on attribue à chacun des chiffres de un à neuf une couleur différente. Dans un graphe de Sudoku, deux noeuds sont reliés par un segment si les deux cases qu'ils représentent appartiennent à une même ligne, une même colonne, ou à un même bloc de 3 sur 3 cases. Puisque aucune ligne, aucune colonne, ni aucun bloc ne doit contenir plus d'une fois le même chiffre, le graphe ne possédera aucun noeud relié à un noeud de la même couleur. (Par exemple, en supposant que l'on représente le 1 avec la couleur rouge, deux noeuds rouges reliés par un segment signifieraient qu'une ligne, une colonne, ou un bloc posséderait deux 1, ce qui est interdit par la règle du Sudoku).
Dans le langage de la théorie des graphes, un graphique coloré sans connexion entre les noeuds de même couleur est appelé une "coloration propre". Ce que les amateurs de Sudoku tentent de réaliser chaque jour est d'étendre un graphe partiellement coloré à un graphe à coloration propre (le puzzle initial avec ses cases vides signifie que le graphe le représentant possède des noeuds qui demandent à être coloriés).
L'analogie entre les Sudoku et les graphes étant en place, Herzberg et Murty ont pu utiliser des outils de théorie des graphes pour démontrer des théorèmes sur ce type de problèmes. Par exemple, ils démontrent que le nombre de façons différentes d'étendre une coloration partielle est donné par un polynôme. Si la valeur de ce polynôme est zéro pour un Sudoku donné, alors le puzzle n'a aucune solution ; si la valeur est 1, le puzzle n'a qu'une solution ; et ainsi de suite. Ils démontrent également que, pour qu'un Sudoku quelconque puisse n'avoir qu'une solution unique, au moins 8 des 9 chiffres doivent apparaître dans le problème posé ; si seulement 7 chiffres apparaissent, alors le puzzle possède au moins deux solutions. Et ceci évoque une question mathématique non résolue: "il serait extrêmement intéressant de déterminer sous quelles conditions une coloration partielle peut être étendue à une coloration [propre] unique", écrivent les auteurs.
Certains Sudokus sont plus difficiles à résoudre que d'autres, les plus ardus ne contenant que très peu de chiffres au départ. La détermination de ce nombre minimum d'entrées nécessite de s'assurer qu'un problème n'a qu'une seule solution. Herzberg et Murty donnent un exemple d'un Sudoku avec 17 entrées qui ne possède qu'une solution (grille ci-dessous). Aussi le nombre minimum est au plus 17. Cependant cela pourrait être 16 ou plus petit encore, mais personne ne le sait. On pourrait penser par ailleurs qu'un problème avec de nombreux chiffres donnés au départ est susceptible de n'avoir qu'une seule solution, mais ce n'est pas forcément le cas. L'article donne l'exemple d'un puzzle à 29 chiffres donnés qui possède au final deux solutions différentes.

Et si vous vous demandez quand votre revue préférée manquera de problèmes de Sudoku, les auteurs affirment que le nombre de Sudoku distincts se situe quelque part autour de 5,5 milliards, ce qui devrait s'avérer suffisant pour occuper les afficianados pendant de nombreuses années encore.

Source : Techno-science (9 juin 2007)

A lire : Sudoku Squares and Chromatic Polynomials, by Agnes M. Herzberg and M. Ram Murty

Qui est Mike Williams ? Je ne sais pas vraiment. Un mathématicien peut-être, mais un artiste sûrement. On peut voir sur son site de merveilleuses oeuvres fractales, mais aussi plein de surfaces obtenues avec la commande isosurface du logiciel POV-Ray 3.5. A voir en particulier le Mathematical Zoo.

La théorie des noeuds m'a toujours intrigué, mais je n'ai pas encore trouvé le temps de l'étudier sérieusement. En tout cas, le site knotplot.com donne envie de s'y intéresser davantage, en particulier la page A Knot Zoo.

Les analystes financiers se méfient: les Japonaises se font de nouveau couper les cheveux.

Selon une enquête menée par la deuxième firme de cosmétiques japonaise, Kao Corp, citée par le quotidien économique Nikkei, les Japonaises ont tendance à garder les cheveux longs lorsque l'économie nipponne se porte bien et à adopter des coupes courtes en période de crise économique.
Se fondant sur ce postulat, le Nikkei ne se montre pas très optimiste pour l'évolution de l'économie japonaise alors qu'une tendance aux coupes plus courtes semble se profiler. Ce qui confirme une opinion partagée par différents analystes selon laquelle le cycle de croissance le plus important qu'ait connu l'archipel depuis la Seconde guerre mondiale pourrait avoir pris fin, l'économie nationale courant désormais le risque de connaître une récession.
Pour établir cette théorie faisant de la longueur des cheveux un indicateur économique, Kao a régulièrement conduit des enquêtes sur des échantillons de 1.000 femmes dans les rues de Tokyo et d'Osaka au cours des deux dernières décennies. Jusqu'au début des années 1990, lorsque l'économie japonaise était florissante, 60% des femmes âgées d'une vingtaine d'années portaient des cheveux longs, relate le Nikkei en citant les résultats de ces sondages. Pendant les années 1990, marquées par l'effondrement de l'économie nipponne, les coupes courtes (définies dans ce sondage comme une longueur de cheveux n'allant pas au-delà de la clavicule) sont devenues les plus répandues. Mais depuis 2002, alors que l'économie progresse de nouveau, les cheveux longs font leur retour, souligne le Nikkei, qui a cependant identifié un facteur pouvant affecter la validité de cette théorie: la popularité croissante du chignon.

Source : Yahoo Actualités

Un billet pour tester Scribd... Le document PDF est aussi téléchargeable.

Une étude suggère que les bébés mâles qui naissent en ayant une petite taille ont un risque double de suicide violent lorsqu'ils seront devenus adultes. Par ailleurs, tenter de rattraper la croissance durant l'enfance ne modifiera pas l'impact qu'a une petite stature à la naissance sur ce type de risque.
Ce résultat se fonde sur un échantillon de plus de 320 000 Suédois sur un total de 713 000 personnes nées entre 1973 et 1980. L'étude a utilisé les registres nationaux. On suivait les différents cas suivants : suicide, décès, émigration ou rien à signaler. On a remarqué que, statistiquement, les bébés mâles qui naissaient avec une taille de moins de 47 cm étaient, par rapport aux bébés nés de taille moyenne, plus susceptibles de faire une tentative de suicide. Ce résultat était manifeste quelle que soit la taille atteinte à l'âge adulte. On a remarqué ensuite que la petite stature à la naissance doublait le risque de suicide violent plutôt qu'un suicide non violent. Pour information, on considère comme violent une pendaison, l'utilisation d'une arme (à feu ou tranchante), le saut d'une grande hauteur, la noyade ou le saut devant un véhicule en déplacement. On a également noté que la petite taille une fois adulte augmentait le risque. Les hommes qui étaient nés de taille normale, mais plus petits que la moyenne une fois adulte, étaient 56 % plus susceptibles que les hommes de grande taille de s'en prendre à leur vie.
Plus un homme est grand, moins il est susceptible de faire une tentative de suicide.
Les hommes qui étaient nés en sous-poids (en dessous de 2,5 kg), mais qui atteignaient ensuite le poids normal étaient 2,5 fois plus susceptibles de faire une violente tentative de suicide. Ceux qui étaient nés prématurément (et donc petits et de faibles poids) étaient 4 fois plus susceptibles d'attenter à leur vie de manière violente que ceux nés après 38 ou 40 semaines de grossesse.
Pour les auteurs de l'étude, il se pourrait bien que la sérotonine soit la clé de ce résultat. Cette molécule est cruciale pour le développement du cerveau. Un manque de cette molécule peut conduire à l'agression, l'impulsivité et au comportement suicidaire.

Source : Sur la Toile

Le livre d'Henry Ernest Dudeney (1857-1930) "Amusements in Mathematics" est disponible en ligne grâce au projet Gutemberg.
C'est un recueil en anglais de 430 énigmes mathématiques de ce fameux compositeur britannique de casse-tête.

Si la logique est l'hygiène du mathématicien, ce n'est pas elle qui lui fournit sa nourriture ; le pain quotidien dont il vit, ce sont les grands problèmes.

André Weil

Gérard Ledu a mis en ligne quelques fiches de cours qu'il utilise avec des classes de Bac Pro, qui correspondent plus ou moins à nos classes d'école de commerce. Mais ce n'est pas tout! On trouve aussi des logiciels de son cru, des animations sur l'utilisation des tableurs, un générateur de code de QCM, et bien d'autres choses encore...

Une première preuve rigoureuse du Théorème de Pythagore :

Et une illustration pas rigoureuse du tout, mais plus facile à comprendre (même si les explications sont en russe) :

Voici l'équation de Gabriel Taubin pour un coeur algébrique en 3 dimensions :

(x² + (1.5)²y² + z² – 1)³ – x²z³ – (1.5)²/20 y²z³ = 0 ; x, y, z sont compris dans l'intervalle [-3 ; 3]

CultureMATH a mis en ligne un dossier sur les géomètres de la Grèce antique composé d'une série de dix articles, à partir desquels a été réalisé le numéro 21 des Génies de la Science paru en novembre 2004. Les articles seront mis en ligne progressivement, au rythme d'un article tous les deux mois environ.
La version proposée par CultureMATH est un peu différente de celle des Génies de la Science: l'iconographie est plus réduite, la mise en page est plus sobre, mais les textes sont, sur certains points, plus complets et les outils pour l'enseignement sont plus développés (bibliographie, chronologie, liste des sources, démonstrations mathématiques).

MathemaTeX est un forum francophone relatif aux Mathématiques avec support LaTeX. Personnellement, je ne suis vraiment pas fan de LaTex, mais je devrai sûrement m'y mettre prochainement. Le fait de devoir compiler le texte avant de voir le résultat me propulse des années en arrière. Il faut cenpendant reconnaître que le résultat est très bon et que ce logiciel est devenu un standard pour la publication.

Inspiré des oeuvres d'Escher et de Vasarely, le travail de Dominique Ribault s'appuie sur des théories mathématiques alliant la topologie à la théorie des groupes. Son site www.polytess.info est consacré aux pavages réguliers du plan ainsi qu’à de nombreuses applications aux polygones, spirales logarithmiques, cylindres, sphères, tores et nœuds.

Remarque
La classification algébrique donne 17 groupes de pavages. La classification topologique donne 19 familles car les groupes PG et PGG donnent chacun 2 types de pavés. Concrètement, avec les 2 pavés de type PG, on ne transformera pas par déformation continue le chameau en femme (de même pour le groupe PGG avec la femme et le zèbre).
Introduction à cette classification sur http://xavier.hubaut.info/coursmath/doc/pavages.htm

Mon séjour en camp de ski m'a finalement été profitable (même si je déteste ces camps) puisque j'ai (re)découvert dans un magasin de jouets un ancien jeu de 1982 : pente. Les règles sont simplissimes et pourtant les parties sont passionnantes. On peut y jouer sur un plateau de go. Il s'agit d'aligner 5 pions de sa couleur ou de capturer 5 paires de pions adverses en les prenant en tenaille. De plus, la version 2006 du jeu ajoute 4 pierres "mixtes", qui peuvent être considérées comme ayant les deux couleurs à la fois, ce qui change complètement la stratégie.

Pour en savoir plus

• Les règles du jeu
• Un site en anglais pour jouer en ligne

On dispose de 100 cartes. Sur chacune sont écrites deux entiers consécutifs, de sorte que chacun des entiers 1, 2, 3, ..., 199, 200 est écrit sur une et une seule carte.

1. Alice a choisi 21 cartes au hasard. Elle fait la somme de tous les entiers écrits sur ces cartes et annonce à Bob que cette somme est égale à 2004. Prouver qu'Alice s'est trompée dans son calcul.
2. Alice recompte et annonce 2005. Prouver qu'elle s'est à nouveau trompée dans son calcul.
3. En fait, le total d'Alice est 2003. Pendant ce temps, Bob a choisi 20 cartes au hasard parmi celles qui restaient. Il fait la somme des nombres écrits sur ses cartes et annonce à Alice que cette somme est 1396. Prouver que Bob s'est trompé dans son calcul.

Problème tiré des olympiades académiques mathématiques 2005 (Versailles). Cela devrait vous faire patienter jusqu'à samedi. Je pars en camp de ski avec mes élèves et je vais en profiter pour faire un petit jeûne informatique...