1. 2014
Vincent ISOZ
Sciences.ch
22 janvier 2014
Sciences.ch
Éléments de mathématiques appliquées
3ème
édition revue et corrigée
La science au cœur des savoirs, toutes disciplines confondues: des mathématiques à
la médecine, de l'astrophysique à l'histoire des sciences…
2. Les opinions émises dans cet ouvrage n'engagent que son rédacteur
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ISOZ Vincent, Éléments de mathématiques appliquées, Lausanne, Éd. Privées,
2012, 3ème
version, (1ère
version 2001, 2ème
version 2005), 729 p., 1'897 nb p.,
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3. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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TABLE DES MATIÈRES
Introduction................................................................................................................1
Méthodes .................................................................................................................................................5
Méthode de Descartes ........................................................................................................................9
Vocabulaire .............................................................................................................................................10
Sur les sciences...................................................................................................................................10
Terminologie......................................................................................................................................12
Science et foi......................................................................................................................................14
Arithmétique...............................................................................................................17
Théorie de la démonstration...................................................................................................................17
La crise des fondements .....................................................................................................................18
Paradoxes ......................................................................................................................................21
Raisonnement hypothético-déductif...................................................................................................22
Calcul propositionnel .........................................................................................................................23
Propositions...................................................................................................................................23
Connecteurs...................................................................................................................................25
Procédures de décision..................................................................................................................31
Procédures de décisions non axiomatisées...............................................................................32
Procédures de décisions axiomatisées......................................................................................32
Quantificateurs..............................................................................................................................36
Calculs des prédicats..........................................................................................................................36
Grammaire ....................................................................................................................................37
Langages .......................................................................................................................................37
Symboles..................................................................................................................................38
Termes ................................................................................................................................39
Formules .............................................................................................................................41
Démonstrations...................................................................................................................................44
Règles de démonstration ...............................................................................................................45
Nombres (scalaires)................................................................................................................................59
Bases numériques...............................................................................................................................61
Types de nombres...............................................................................................................................63
Nombres entiers (nombres naturels) .............................................................................................63
Axiomes de Peano....................................................................................................................65
Nombres pairs, impairs, et parfaits ..........................................................................................66
Nombres premiers....................................................................................................................66
Nombres entiers relatifs ................................................................................................................67
Nombres rationnels .......................................................................................................................69
Nombres irrationnels.....................................................................................................................71
Nombres réels ...............................................................................................................................73
Nombres transfinis...................................................................................................................75
Nombres complexes......................................................................................................................78
Interprétation géométrique.......................................................................................................84
Plan de Gauss...........................................................................................................................84
Formule d'Euler........................................................................................................................86
Vecteur tournant.......................................................................................................................88
Transformations dans le plan ........................................................................................................89
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Nombres quaternions ....................................................................................................................94
Nombres algébriques.....................................................................................................................110
Nombres transcendants .................................................................................................................111
Nombres abstraits..........................................................................................................................112
Alphabet Grec ..........................................................................................................................112
Domaine de définition..............................................................................................................113
Opérateurs ............................................................................................................................................120
Relations binaires...............................................................................................................................120
Égalités..........................................................................................................................................121
Comparateurs ................................................................................................................................122
Relations binaires réflexives, symétriques, antisymétriques....................................................124
Classes d'équivalences ..................................................................................................................125
Lois fondamentales de l'arithmétique.................................................................................................128
Addition ........................................................................................................................................129
Soustraction...................................................................................................................................131
Multiplication................................................................................................................................133
Division.........................................................................................................................................136
Polynômes arithmétiques ...................................................................................................................141
Valeur absolue....................................................................................................................................141
Règles de calcul..................................................................................................................................143
Théorie des nombres...............................................................................................................................152
Principe du bon ordre.........................................................................................................................152
Principe d'induction............................................................................................................................153
Divisibilité..........................................................................................................................................155
Division euclidienne......................................................................................................................156
Plus grand commun diviseur (P.G.C.D)...................................................................................161
Algorithme d'Euclide ...............................................................................................................162
Plus petit commun multiple (P.P.C.M.)...................................................................................165
Théorème fondamental de l'arithmétique.................................................................................167
Congruences..................................................................................................................................168
Classes de congruences............................................................................................................171
Fractions continues........................................................................................................................174
Théorie des ensembles............................................................................................................................187
Axiomes de ZF (Zermelo-Frankel) ....................................................................................................191
Cardinaux......................................................................................................................................197
Produit cartésien............................................................................................................................199
Bornes ...........................................................................................................................................200
Opérations ensemblistes.....................................................................................................................201
Inclusion........................................................................................................................................201
Intersection....................................................................................................................................202
Réunion/Union..............................................................................................................................203
Différence......................................................................................................................................205
Différence symétrique...................................................................................................................205
Produit...........................................................................................................................................206
Complémentarité...........................................................................................................................206
Fonctions et applications....................................................................................................................208
Loi de composition........................................................................................................................209
Loi interne/externe...................................................................................................................209
Image et noyau..............................................................................................................................209
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Fonction surjective........................................................................................................................210
Fonction injective..........................................................................................................................211
Fonction bijective..........................................................................................................................212
Fonction composée........................................................................................................................213
Théorème de Cantor-Bernstein .....................................................................................................213
Structures............................................................................................................................................216
Magma ..........................................................................................................................................218
Monoïdes.......................................................................................................................................218
Groupes.........................................................................................................................................221
Groupe abélien.........................................................................................................................221
Groupe cyclique.......................................................................................................................221
Anneaux ........................................................................................................................................226
Anneau abélien (commutatif)...................................................................................................227
Anneau intègre.........................................................................................................................227
Anneau factoriel.......................................................................................................................227
Sous-anneau .............................................................................................................................229
Corps ............................................................................................................................................229
Corps commutatif.....................................................................................................................229
Espaces vectoriels .........................................................................................................................231
Sous-espaces vectoriels............................................................................................................233
Algèbres ........................................................................................................................................233
Homomorphismes ..............................................................................................................................234
Homomorphisme de magma .........................................................................................................234
Homomorphisme de monoïde.......................................................................................................234
Homomorphisme d'anneau............................................................................................................234
Homomorphisme de groupe..........................................................................................................235
Homomorphisme de corps ............................................................................................................236
Isomorphisme................................................................................................................................237
Endomorphisme ............................................................................................................................237
Automorphisme.............................................................................................................................237
Idéal...............................................................................................................................................237
Probabilités ............................................................................................................................................246
Univers des événements.....................................................................................................................246
Axiomatique de Kolmogorov.............................................................................................................248
Événements disjoints.....................................................................................................................248
Événements équiprobables............................................................................................................249
Événements conjoints....................................................................................................................250
Probabilités conditionnelles ...............................................................................................................254
Formule des probabilités composées ............................................................................................256
Formules de Bayes........................................................................................................................257
Espérance conditionnelle ..............................................................................................................259
Réseaux bayésiens.........................................................................................................................262
Martingales....................................................................................................................................274
Analyse combinatoire..............................................................................................................................276
Arrangements simples avec répétition ...............................................................................................276
Permutations simples sans répétition .................................................................................................278
Permutations simples avec répétition.................................................................................................279
Arrangements simples sans répétition................................................................................................280
Combinaisons simples........................................................................................................................281
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Coefficient binomial......................................................................................................................281
Formule de Pascal .........................................................................................................................282
Chaînes de Markov..................................................................................................................................283
Types de processus stochastiques.......................................................................................................284
Matrice de transition...........................................................................................................................284
Statistiques ............................................................................................................................................292
Échantillons........................................................................................................................................294
Moyennes ...........................................................................................................................................294
Moyenne arithmétique ..................................................................................................................295
Médiane.........................................................................................................................................297
Moyenne quadratique....................................................................................................................305
Moyenne harmonique....................................................................................................................306
Moyenne géométrique...................................................................................................................306
Moyenne mobile/glissante ............................................................................................................307
Moyenne pondérée........................................................................................................................309
Moyenne fonctionnelle..................................................................................................................309
Lissage de Laplace........................................................................................................................309
Propriété des moyennes.................................................................................................................311
Types de variables..............................................................................................................................316
Variables discrètes ........................................................................................................................316
Fonction de répartition.............................................................................................................317
Espérance discrète....................................................................................................................318
Déviation standard discrète......................................................................................................320
Relation de Huyghens.........................................................................................................323
Variable centrée réduite ...........................................................................................................325
Covariance discrète..................................................................................................................326
Espérance et variance de la moyenne (erreur standard et fcp).................................................331
Coefficient de corrélation.........................................................................................................333
Variables continues.......................................................................................................................340
Densité de probabilité ..............................................................................................................337
Espérance contfinue.................................................................................................................338
Variance continue ....................................................................................................................338
Postulat fondamental de la statistique ................................................................................................338
Indice de diversité ..............................................................................................................................339
Fonctions de distribution....................................................................................................................341
Fonction discrète uniforme ...........................................................................................................342
Fonction de Bernoulli....................................................................................................................344
Fonction géométrique....................................................................................................................345
Fonction binomiale........................................................................................................................348
Fonction binomiale négative.........................................................................................................355
Fonction hypergéométrique ..........................................................................................................359
Fonction multinomiale ..................................................................................................................365
Fonction de Poisson ......................................................................................................................372
Fonction de Gauss-Laplace...........................................................................................................375
Somme de deux v.a. normales .................................................................................................382
Produit de deux v.a. normales..................................................................................................383
Loi normale centrée réduite .....................................................................................................385
Droite de Henry........................................................................................................................386
Diagramme quantile-quantile...................................................................................................390
7. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Fonction log-normale....................................................................................................................391
Fonction uniforme continue..........................................................................................................395
Fonction triangulaire.....................................................................................................................398
Fonction de Pareto ........................................................................................................................401
Fonction exponentielle..................................................................................................................407
Fonction de Cauchy.......................................................................................................................409
Fonction bêta.................................................................................................................................412
Fonction Gamma...........................................................................................................................415
Fonction de Khi-Deux...................................................................................................................420
Fonction de Student.......................................................................................................................424
Fonction de Fisher-Snedecor.........................................................................................................429
Fonctions de Benford....................................................................................................................431
Estimateurs de vraisemblance ............................................................................................................436
Estimateurs de la loi Normale.......................................................................................................437
Estimateurs de la loi de Poisson....................................................................................................441
Estimateurs de la loi Binomiale (et géométrique).........................................................................442
Estimateurs de la loi de Weibull ...................................................................................................443
Estimateurs de la loi Gamma ........................................................................................................446
Facteur de correction sur population finie..........................................................................................447
Intervalles de confiance......................................................................................................................450
I.C. sur la moyenne avec variance théorique connue (test Z) .......................................................451
I.C. sur la variance avec moyenne théorique connue....................................................................455
I.C. sur la variance avec moyenne empirique connue (test du Khi-2) ..........................................460
I.C. sur la moyenne avec variance empirique connue (test-T)......................................................461
Test binomial exact .......................................................................................................................465
I.C. pour une proportion................................................................................................................468
Test de l'égalité de deux proportions........................................................................................471
Test des signes ..............................................................................................................................473
Test de la médiane de Mood .........................................................................................................476
Test de Poisson (à un échantillon) ................................................................................................479
Test de Poisson (à deux échantillons) ...........................................................................................479
Intervalle de confiance/tolérance/prédiction ......................................................................................481
Loi faible des grands nombres............................................................................................................483
Inégalité de Markov ......................................................................................................................484
Inégalité de Bienaymé-Tchebychev..............................................................................................484
Fonction caractéristique .....................................................................................................................488
Théorème central limite .....................................................................................................................492
Tests d'hypothèses et d'adéquation.....................................................................................................498
Orientation du test d'hypothèse.....................................................................................................501
Puissance d'un test.........................................................................................................................506
Puissance du test Z à 1 échantillon ..........................................................................................507
Puissance du test p à 1 et 2 échantillons ..................................................................................510
Analyse de la variance (ANOVA à 1 facteur)...............................................................................511
Test de Fisher...........................................................................................................................514
Test-t homoscédastique (test d'égalité de moyennes avec variances égales)...........................520
Test-t hétéroscédastique (test d'égalité de moyennes avec variances non égales) ...................521
Analyse de la variance (ANOVA à deux facteurs sans répétition) ...............................................525
Analyse de la variance (ANOVA à deux facteurs avec répétition)...............................................539
ANOVA multifactorielle à mesures répétées................................................................................545
8. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Test C de Cochran.........................................................................................................................546
Test d'ajustement du Khi-2 ...........................................................................................................549
Test d'ajustement de Kolmogorov-Smirnov..................................................................................553
Test de normalité de Ryan-Joiner .................................................................................................559
Robustesse..........................................................................................................................................563
Statistiques de rangs...........................................................................................................................564
Tests de rangs (non paramétriques)...............................................................................................564
L-Statistiques ................................................................................................................................568
Test de la somme des rangs de Wilcoxon .....................................................................................569
Test de la somme des rangs signés de Mann-Withney..................................................................579
Traitement des égalités..................................................................................................................585
Test de la somme des ranges signés de Wilcoxon pour 1 échantillon ..........................................587
Test de la somme des rangs signés de Wilcoxon pour 2 échantillons appariés ..........................590
Test de Kruskal-Wallis..................................................................................................................592
Test de Friedman...........................................................................................................................596
Statistiques des valeurs extrêmes (basées sur les rangs)...............................................................599
Test de l'étendue de Tukey.......................................................................................................603
Coefficient de corrélation des rangs de Spearman........................................................................606
Calculs d'erreurs.................................................................................................................................610
Incertitudes relatives et absolues...................................................................................................610
Erreurs statistiques ........................................................................................................................611
Répétabilité ...................................................................................................................................613
Propagation des erreurs.................................................................................................................614
Chiffres significatifs......................................................................................................................615
Algèbre ........................................................................................................................621
Calcul algébrique....................................................................................................................................622
Équations et inéquations.....................................................................................................................623
Équations.......................................................................................................................................624
Inéquations....................................................................................................................................626
Identités remarquables ..................................................................................................................631
Triangle de Pascal....................................................................................................................633
Binôme de Newton...................................................................................................................633
Polynômes..........................................................................................................................................635
Division euclidienne des polynômes.............................................................................................637
Théorème de factorisation des polynômes....................................................................................638
Équations diophantiennes..............................................................................................................640
Polynômes de degré 1 ...................................................................................................................640
Polynômes de degré 2 ...................................................................................................................641
Discriminant.............................................................................................................................642
Relations de Viète....................................................................................................................643
Nombre d'or .............................................................................................................................646
Polynômes de degré 3 ...................................................................................................................646
Polynômes de degré 4 ...................................................................................................................650
Polynômes trigonométriques.........................................................................................................652
Polynômes cyclotomiques.............................................................................................................653
Polynômes de Legendre................................................................................................................654
Algèbre ensembliste................................................................................................................................664
Algèbre et géométrie corporelle.........................................................................................................664
9. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Groupes cycliques.........................................................................................................................665
Groupe des racines de l'unité ...................................................................................................666
Groupe des transformations ..........................................................................................................668
Groupe linéaire.........................................................................................................................668
Groupe des transformations affines .........................................................................................668
Groupe spécial linéaire.............................................................................................................670
Groupe orthogonal ...................................................................................................................670
Groupe cercle...........................................................................................................................671
Groupe unitaire ........................................................................................................................671
Groupe spécial linéaire............................................................................................................672
Groupes de symétries....................................................................................................................675
Groupe diédral..........................................................................................................................677
Orbite et stabilisateur ...............................................................................................................678
Groupe des permutations...............................................................................................................679
Groupe alterné..........................................................................................................................685
Calcul différentiel et intégral .................................................................................................................690
Calcul différentiel...............................................................................................................................690
Pente moyenne ..............................................................................................................................690
Dérivée première...........................................................................................................................691
Fonction dérivée............................................................................................................................691
Point d'inflexion............................................................................................................................692
Théorème de Rolle........................................................................................................................694
Théorème des accroissements finis...............................................................................................695
Règle de l'Hospital ........................................................................................................................696
Différentielles................................................................................................................................697
Différentielles partielles...........................................................................................................699
Différentielle totale exacte..................................................................................................699
Différentielle totale inexacte...............................................................................................702
Théorème de Schwarz.........................................................................................................702
Dérivées usuelles...........................................................................................................................705
Dérivée d'une somme...............................................................................................................709
Dérivée d'un produit.................................................................................................................709
Formule de Leibniz.............................................................................................................709
Dérivée d'une fonction composée ............................................................................................712
Dérivée d'un quotient ...............................................................................................................714
Calcul intégral ....................................................................................................................................718
Intégrale définie ............................................................................................................................718
Intégrale de Riemann ...............................................................................................................719
Somme de Darboux..................................................................................................................720
Intégrale indéfinie .........................................................................................................................724
Théorème fondamental du calcul intégral................................................................................725
Relation de Chasles..................................................................................................................730
Intégrale double.............................................................................................................................730
Théorème de Fubini .................................................................................................................733
Intégration par changement de variable ........................................................................................734
Jacobien....................................................................................................................................738
Matrice jacobienne..............................................................................................................738
Intégration par parties ...................................................................................................................741
Primitives usuelles ........................................................................................................................742
10. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Fonction de Dirac...............................................................................................................................764
Fonction Gamma d'Euler....................................................................................................................765
Expression de la factorielle ...........................................................................................................767
Constante d'Euler-Mascheroni ......................................................................................................768
Intégrales curvilignes .........................................................................................................................769
Intégrale curviligne d'un champ scalaire.......................................................................................769
Intégrale curviligne d'un champ vectoriel.....................................................................................771
Champ conservatif ...................................................................................................................771
Équations différentielles.....................................................................................................................774
Équations différentielles du 1er
ordre ............................................................................................775
Équations différentielles d'ordre 1 à variables séparées...........................................................775
Équations différentielles linéaires (E.D.L)....................................................................................775
Équations homogène ESSM.....................................................................................................776
Méthode du polynôme caractéristique ..........................................................................................777
Résolution de l'équation homogène de l'E.D.L à coefficients constants d'ordre 1...................777
Résolution de l'équation homogène de l'E.D.L à coefficients non constants d'ordre 1............778
Résolution de l'équation homogène de l'E.D.L à coefficients non constants d'ordre 2............779
Méthode du facteur intégrant (d'Euler) .........................................................................................785
Méthode de séparation des variables.............................................................................................787
Méthode de variation de la constante............................................................................................788
Systèmes d'équations différentielles .............................................................................................790
Méthode régulière des perturbations.............................................................................................790
Théore perturbative des équations algébriques........................................................................795
Théorie perturbative des équations différentielles ...................................................................795
Suites et séries.........................................................................................................................................806
Suites..................................................................................................................................................806
Suites arithmétiques ......................................................................................................................807
Suites harmoniques .......................................................................................................................809
Suites géométriques ......................................................................................................................810
Suite de Cauchy ............................................................................................................................811
Suite de Fibonacci.........................................................................................................................814
Séries..................................................................................................................................................815
Série numérique ............................................................................................................................815
Série de Gauss...............................................................................................................................816
Nombres et polynômes de Bernoulli........................................................................................820
Séries arithmétiques ......................................................................................................................825
Séries géométriques ......................................................................................................................826
Fonction zêta et identité d'Euler...............................................................................................827
Séries de Taylor et de MacLaurin .................................................................................................831
Série de Maclaurin ...................................................................................................................832
Série de Taylor.........................................................................................................................833
Développements de Maclaurin usuels......................................................................................836
Séries de Taylor d'une fonction à 2 variables...........................................................................844
Forme quadratique ...................................................................................................................846
Reste de Lagrange....................................................................................................................848
Formule de Taylor avec reste intégral......................................................................................850
Séries de Fourier ...........................................................................................................................851
Coefficients de Fourier.............................................................................................................857
Phénomène de Gibbs................................................................................................................869
11. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Puissance d'un signal................................................................................................................871
Théorème de Parseval..............................................................................................................871
Transformée de Fourier............................................................................................................872
Séries de Bessel.............................................................................................................................880
Fonction de Bessel d'ordre 0....................................................................................................880
Fonction de Bessel d'ordre N ...................................................................................................886
Équation différentielle de Bessel d'ordre N .............................................................................886
Critères de convergence .....................................................................................................................887
Test de l'intégrale ..........................................................................................................................887
Règle d'Alembert...........................................................................................................................888
Règle de Cauchy ...........................................................................................................................888
Théorème de Leibniz.....................................................................................................................889
Convergence absolue ....................................................................................................................889
Théorème du point fixe.................................................................................................................890
Calcul vectoriel.......................................................................................................................................897
Notion de flèche .................................................................................................................................897
Ensemble de vecteurs.........................................................................................................................898
Pseudo vecteurs.............................................................................................................................899
Multiplication par un scalaire........................................................................................................900
Règle de trois ...........................................................................................................................900
Espaces vectoriels ..............................................................................................................................902
Combinaisons linéaires .................................................................................................................903
Sous-espaces vectoriels.................................................................................................................903
Familles génératrices.....................................................................................................................903
Dépendances et indépendances.....................................................................................................904
Bases d'un espace vectoriel...........................................................................................................905
Angles directeurs......................................................................................................................906
Dimensions d'un espace vectoriel .................................................................................................907
Prolongements d'une famille libre.................................................................................................908
Rang d'une famille finie................................................................................................................909
Sommes directes ...........................................................................................................................909
Espace affine.................................................................................................................................910
Espace vectoriel euclidien.............................................................................................................912
Norme d'un vecteur..................................................................................................................912
Produit scalaire vectoriel..........................................................................................................913
Projection orthogonale........................................................................................................914
Inégalité de Cauchy-Schwartz ............................................................................................917
Inégalité triangulaire...........................................................................................................918
Produit scalaire (général) .........................................................................................................919
Produit vectoriel.......................................................................................................................920
Produit mixte............................................................................................................................925
Espaces vectoriels fonctionnels.....................................................................................................926
Espaces vectoriels hermitiens .......................................................................................................927
Produit hermitien......................................................................................................................929
Types d'espaces vectoriels .......................................................................................................930
Système de coordonnées ...............................................................................................................930
Système cartésien.....................................................................................................................931
Système sphérique....................................................................................................................932
Système cylindrique.................................................................................................................936
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Système polaire........................................................................................................................938
Opérateurs différentiels.................................................................................................................940
Gradient d'un champ scalaire...................................................................................................940
Gradient d'un champ de vecteurs .............................................................................................944
Divergences d'un champ de vecteurs .......................................................................................945
Rotationnels d'un champ de vecteurs.......................................................................................952
Laplaciens d'un champ scalaire................................................................................................959
Laplacien d'un champ vectoriel................................................................................................964
Identités....................................................................................................................................965
Algèbre linéaire ......................................................................................................................................975
Systèmes linéaires ..............................................................................................................................976
Transformations linéaires...................................................................................................................979
Matrices ............................................................................................................................................980
Matrice associée............................................................................................................................982
Opérations sur les matrices ...........................................................................................................984
Types de matrice ...........................................................................................................................986
Matrice unité ............................................................................................................................981
Matrice échelonnée ..................................................................................................................983
Matrice inversible ....................................................................................................................986
Matrice transposée ...................................................................................................................986
Matrice adjointe .......................................................................................................................987
Matrice hermitique (self-adjointe) ...........................................................................................988
Matrice nilpotent......................................................................................................................988
Matrice orthogonale.................................................................................................................988
Matrice symétrique ..................................................................................................................989
Matrice anti-symétrique...........................................................................................................989
Matrice triangulaire..................................................................................................................989
Matrice diagonale.....................................................................................................................990
Matrice de passage...................................................................................................................990
Déterminants ......................................................................................................................................991
Propriétés des déterminants...........................................................................................................997
Dérivée d'un déterminant ..............................................................................................................1003
Inverse d'une matrice ....................................................................................................................1005
Changements de base .........................................................................................................................1006
Matrice de passage........................................................................................................................1006
Valeurs et vecteur propres..................................................................................................................1008
Spectre...........................................................................................................................................1008
Polynômes caractéristique.............................................................................................................1009
Matrices de rotation.......................................................................................................................1010
Théorème spectral.........................................................................................................................1012
Calcul tensoriel.......................................................................................................................................1021
Tenseur ............................................................................................................................................1021
Notation indicielle..............................................................................................................................1023
Sommation sur plusieurs indices...................................................................................................1025
Symbole de Kronecker..................................................................................................................1025
Symbole d'antisymétrie.................................................................................................................1026
Métrique et signature..........................................................................................................................1032
Déterminant de Gram....................................................................................................................1035
Composantes contravariantes et covariantes......................................................................................1040
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Opérations dans les bases...................................................................................................................1042
Méthode d'orthogonalisation de Schmidt......................................................................................1043
Changements de bases...................................................................................................................1043
Bases réciproques..........................................................................................................................1044
Tenseurs euclidiens ............................................................................................................................1046
Tenseurs fondamental ...................................................................................................................1046
Produit tensoriel de deux vecteurs ................................................................................................1047
Espace tensoriel........................................................................................................................1049
Combinaisons linéaires de tenseurs ..............................................................................................1053
Contractions des indices................................................................................................................1054
Tenseurs particuliers ..........................................................................................................................1057
Tenseur symétrique.......................................................................................................................1057
Tenseur anti-symétrique................................................................................................................1059
Tenseur fondamental.....................................................................................................................1062
Coordonnées curvilignes....................................................................................................................1063
Repère naturel en coordonnées sphériques ...................................................................................1066
Repère naturel en coordonnées polaires........................................................................................1067
Repère naturel en coordonnées cylindriques.................................................................................1068
Symboles de Christoffel.....................................................................................................................1069
Symboles de 2ème
espèce ...............................................................................................................1072
Symboles de 1ère
espèce ................................................................................................................1072
Théorème fondamental de la géométrie riemanienne ...................................................................1075
Théorème de Ricci .............................................................................................................................1078
Dérivée de covariante....................................................................................................................1079
Identité de Ricci ............................................................................................................................1081
Tenseur de Riemann-Christoffel ........................................................................................................1085
Identités de Bianchi.......................................................................................................................1088
Tenseur de Ricci.................................................................................................................................1089
Scalaire de Ricci............................................................................................................................1089
Tenseur d'Einstein ..............................................................................................................................1101
Identité de Bianchi contractée.......................................................................................................1102
Identité d'Einstein..........................................................................................................................1102
Tenseur d'Einstein.........................................................................................................................1102
Calcul spinoriel.......................................................................................................................................1109
Spineur unitaire ..................................................................................................................................1110
Propriétés géométriques................................................................................................................1114
Symétries planes ......................................................................................................................1115
Rotations ..................................................................................................................................1118
Matrices de Pauli ................................................................................................................1121
Produit spinoriel..................................................................................................................1122
Propriétés des matrices de Pauli....................................................................................................1123
Théorie des nœuds..................................................................................................................................1135
Représentation des tresses..................................................................................................................1135
Groupe de tresses ..........................................................................................................................1137
Représentation des noeuds .................................................................................................................1140
Groupe de noeuds..........................................................................................................................1143
Nœud de tait .......................................................................................................................................1146
Formalisation mathématique..............................................................................................................1149
Invariant du noeud.........................................................................................................................1151
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Support du noeud ..........................................................................................................................1152
Noeud trivial .................................................................................................................................1153
Noeuds isotopes ............................................................................................................................1154
Noeuds équivalents .......................................................................................................................1154
Isotopie..........................................................................................................................................1155
Mouvements de Reidemeister..................................................................................................1155
Représentation planaire.................................................................................................................1158
Analyse fonctionnelle.............................................................................................................................1165
Représentations ..................................................................................................................................1165
Représentation tabulaire................................................................................................................1166
Représentations graphiques...........................................................................................................1166
Représentations planes.............................................................................................................1167
Représentations spatiales .........................................................................................................1169
Représentations vectorielles.....................................................................................................1175
Propriétés des représentations graphiques ...............................................................................1177
Représentations analytiques..........................................................................................................1183
Domaine naturel de définition..................................................................................................1184
Fonctions............................................................................................................................................1185
Dépendances .................................................................................................................................1185
Domaine d'existence .....................................................................................................................1185
Croissance et décroissance............................................................................................................1185
Périodicité .....................................................................................................................................1185
Parité .............................................................................................................................................1186
Composition..................................................................................................................................1188
Types de fonctions ........................................................................................................................1188
Fonction puissance...................................................................................................................1188
Fonction exponentielle.............................................................................................................1188
Fonction logarithmique............................................................................................................1189
Fonctions trigonométriques......................................................................................................1189
Fonctions polynomiales ...........................................................................................................1189
Fractions rationnelles...............................................................................................................1189
Fonctions algébriques ..............................................................................................................1189
Fonctions en escalier................................................................................................................1189
Limite et continuité .......................................................................................................................1190
Asymptotes ..............................................................................................................................1194
Logarithmes........................................................................................................................................1198
Base népérienne ............................................................................................................................1200
Fonction exponentielle naturelle...................................................................................................1203
Produit scalaire fonctionnel................................................................................................................1205
Analyse complexe ...................................................................................................................................1213
Applications linéaires.........................................................................................................................1213
Fonction complexe........................................................................................................................1213
Fonctions holomorphes ......................................................................................................................1221
Théorème de Cauchy-Riemann.....................................................................................................1222
Conditions de Cauchy..............................................................................................................1222
Orthogonalité des iso-courbes réelles et imaginaires.........................................................................1227
Transformation conforme..............................................................................................................1228
Logarithme complexe.........................................................................................................................1230
Intégration de fonctions complexes....................................................................................................1231
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Théorème de Cauchy.....................................................................................................................1233
Fonctions méromorphes................................................................................................................1235
Théorème intégral de Cauchy .......................................................................................................1235
Théorème intégral de Cauchy généralisé ......................................................................................1237
Série de Laurent à puissances positives ........................................................................................1237
Convergence d'une série................................................................................................................1238
Décomposition en chemins ................................................................................................................1246
Chemin inverse .............................................................................................................................1248
Séries de Laurent................................................................................................................................1249
Singularités.........................................................................................................................................1257
Singularité apparente.....................................................................................................................1258
Singularité essentielle....................................................................................................................1258
Pôle................................................................................................................................................1259
Théorème des résidus.........................................................................................................................1260
Pôle à l'infini .................................................................................................................................1265
Topologie ............................................................................................................................................1270
Espace topologique ............................................................................................................................1270
Espace de Hausdorff .....................................................................................................................1271
Espace métrique et distance ...............................................................................................................1272
Semi-distance................................................................................................................................1272
Distance ultramétrique ..................................................................................................................1273
Distance euclidienne .....................................................................................................................1274
Distance hölderienne.....................................................................................................................1274
Distance discrète ...........................................................................................................................1275
Distances équivalentes ..................................................................................................................1275
Fonctions lipchitziennes................................................................................................................1276
Ensembles ouverts et fermés..............................................................................................................1277
Boules............................................................................................................................................1278
Parties............................................................................................................................................1279
Boules généralisées.......................................................................................................................1281
Diamètre........................................................................................................................................1282
Variétés...............................................................................................................................................1283
Variétés différentiables .................................................................................................................1284
Théorie de la mesure ..............................................................................................................................1290
Espaces mesurables............................................................................................................................1290
Tribu..............................................................................................................................................1290
Tribu borélienne.......................................................................................................................1293
Théorème de la classe monotone........................................................................................................1296
Géométrie....................................................................................................................1303
Trigonométrie .........................................................................................................................................1304
Radian ................................................................................................................................................1304
Trigonométrie du cercle .....................................................................................................................1305
Relations remarquables.................................................................................................................1311
Formules de Carnot..................................................................................................................1313
Formules de Simpson...............................................................................................................1315
Théorème du cosinus ...............................................................................................................1316
Théorème du sinus ...................................................................................................................1317
Trigonométrie hyperbolique...............................................................................................................1318
16. Vincent ISOZ [v3.0 - 2013] [SCIENCES.CH]
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Relations remarquables.................................................................................................................1323
Trigonométrie sphérique ....................................................................................................................1324
Formule des cosinus......................................................................................................................1326
Relations des sinus........................................................................................................................1327
Angle solide........................................................................................................................................1329
Géométrie euclidienne............................................................................................................................1337
Objets de la géométrie euclidienne ....................................................................................................1337
Dimensions....................................................................................................................................1338
Constructions d'Euclide......................................................................................................................1343
Droites et segments .......................................................................................................................1344
Grandeurs de même espèce...........................................................................................................1344
Plan.....................................................................................................................................................1349
Déplacement et retournement .......................................................................................................1349
Angles ................................................................................................................................................1350
Angle saillant ...........................................................................................................................1350
Angles adjacents ......................................................................................................................1350
Angles alternes/internes ...........................................................................................................1353
Mesure des angles....................................................................................................................1353
Unités de mesure des angles ....................................................................................................1353
Bissectrice................................................................................................................................1354
Triangles ............................................................................................................................................1358
Triangles égaux.............................................................................................................................1359
Triangles isocèles..........................................................................................................................1361
Médiatrice ................................................................................................................................1361
Lieu géométrique .....................................................................................................................1362
Triangles équilatéraux...................................................................................................................1363
Triangles rectangles ......................................................................................................................1364
Triangles rectangles isocèles.........................................................................................................1365
Inégalités dans les triangles...........................................................................................................1365
Théorème de Pythagore.................................................................................................................1367
Théorème de Thalès......................................................................................................................1369
Parallélisme........................................................................................................................................1372
Cercles................................................................................................................................................1374
Axiomatique de Hilbert......................................................................................................................1374
Axiomes d'associations (A)...........................................................................................................1377
Axiomes d'ordre (O)......................................................................................................................1377
Axiomes de congruence................................................................................................................1378
Axiomes de continuité...................................................................................................................1378
Axiomes des parallèles..................................................................................................................1378
Barycentre ..........................................................................................................................................1379
Transformations dans le plan .............................................................................................................1383
Translation ....................................................................................................................................1383
Homothétie....................................................................................................................................1384
Rotation.........................................................................................................................................1387
Réflexion.......................................................................................................................................1391
Géométries non-euclidiennes.................................................................................................................1397
Géodésique et équation métrique .......................................................................................................1398
Équation métrique euclidienne......................................................................................................1400
Coordonnées de Gauss..................................................................................................................1401