Sur les traces d’ Euclide
« Logique » et « abus de langage » « liste de non dits »
Comment construire un discours logique pour retrouver l’espace euclidien ?
Je n’ arrive pas à trouver un enchaînement de raisonnements logiques qui conduise à formaliser l’ espace euclidien . HELP !!!!!!
Conventions
En marron les ensembles de points P, PxP et leurs éléments respectifs A, (A,B) En orange : En orange : les ensembles de réels R, RxR et leurs éléments respectifs x, (x,y)
En bleu : les ensembles de vecteurs V et leurs éléments v ou (AB) ou f (A,B)
En vert : les éléments affines triplet ( P, V , f )
Préambule
300 ans av-JC Euclide écrivait les éléments . Pour distinguer cette géométire de l’ actuelle « Géométrie Euclienne » nous nommerons cette géométrie « Géométire Euclienne originelle »
- Premièrement
Lorsque nous sommes au lycée, nous abordons les vecteurs en les dessinant sous la forme de « petites flèches » . Le raisonnement suivi est alors le suivant :
- Deuxièmement:
Les vecteurs « u » sont définis au regard des « bipoints » d’une « représentation graphique » dont il n’est pas dit grand chose !!
u = AB est alors défini par les notions de direction, sens, et norme Or , en introduisant ainsi dés le départ la notion de norme il est évident que nous ne sommes plus déjà en train d’étudier une simple structure d’ espace vectorielle . Il devient dés lors difficile de retrouver un enchaînement logique qui introduirait les vecteurs et eux seuls…..
L égalité est définie en faisant appel à la géométrie élémentaire
u = v si avec AB = u et CD = v alors ABCD est un parallélogramme
Les opération + et * ainsi que le concept de base et de coordonnées vont alors introduire sans le dire la notion d’espace vectorielle. à l’ aide de celle d’ espace affine sont définis au regard des « bipoints » d’une « représentation graphique » dont il n’est pas dit grand chose !! La encore les propriétés des espaces vectoriels sont définies par rapport à celles des espaces affines et même celle des espaces euclidiens alors que ce sera le contraire après le bac…
L’ addition est définie en faisant appel à la géométrie élémentaire
u + v =w si avec [COLOR="blue"]u = f( [/COLOR](A,B) ) et v = f( (C,D) ) alors w = f( (C,D) ) Or , en introduisant ainsi dés le départ la relation de CHASLE il est évident que nous ne sommes plus déjà en train d’étudier une simple structure d’ espace vectorielle . Il devient dés lors difficile de retrouver un enchaînement logique qui introduirait les vecteurs et eux seuls…..
De même la multiplication d’ un vecteur par un réel est aussi introduite à l’ aide des « petites flèches » et de la notion de « norme »
- troisièmement:
Lorsque nous sommes en fac, nous abordons les vecteurs pour ceux qu’ ils sont réellement , c ‘est à dire une structure algébrique et vérifions que plusieurs ensembles vérifient bien les propriétés de l’ espace vectoriel :
- L ‘ Aspect vectoriel
Les étapes sont les suivantes : ( exemple de E = RxR : )
Etape 1 : Il faut commencer par définir une addition dans E .
facile, on prend ( x , y ) + ( [COLOR="DarkOrange"]x’ , y’ [/COLOR]) = ( x + x’ , y + y’ )
Sur ce coup la on s’ en sort bien , on sait ou on veut aller, on fait mine de ne pas le savoir, et on arrive à nos fins en introduisant le minimum de concept.
Etape 2 : Il faut ensuite définir une multiplication externe de RxE vers E :
encore facile d’autant plus que l’ on a pris E = RxR.
On a k * ( x’, y’) = ( k .x , k .y )
Etape 3 : Et naturellement on démontre aisément que E = RxR est un espace vectoriel
Etape 4 : On peut donc introduire dés ce stade la notion de coordonnées d’ un vecteurs sans même avoir eu besoin de définir, comme Euclide, un point d’origine ,. Il suffit de choisir habilement deux vecteurs i et j qui ne soient mêmes pas orthogonaux (et pour cause à ce stade on ne sait pas ce qu’ est l’ orthogonalité) on peut alors écrire v = x. i + y j
Toujours en fac, nous introduisons alors l’ espace affine avec la définition suivante :
- L ‘ Aspect affine
« A ensemble composé du triplet A = ( P, E, f ) où
P est un ensemble de points, E un espace vectoriel et f une fonction de P vers E,
A est un espace affine si et seulement si :
f( (x,y) ) + f( (y,z) ) alors w = f( (x,z) ) (Relation de Chasle)
et pour tout x de P et v de E, il existe y de P tel que v = f( (x,y) )
On peut alors vérifier que certains triplets sont bien des espace affines.
Les étapes sont les suivantes : (exemple avec le triplet A = (P = RxR , E = RxR , f)
Etape 5 : Il faut commencer par choisir un espace de points.
facile, on a encore pris une fois P = RxR
Etape 6 : Il faut ensuite choisir une application f de PxPxP dans E telle que
f( (x,y) ) + f( (y,z) ) alors w = f( (x,z) ) or on a déjà l’addition dans E
( x , y ) + ( x’, y’ ) = ( x + x’ , y + y’ )
Toujours en fac, nous introduisons enfin le produit scalaire .
- L ‘ Aspect euclidien
Etape 7 : Ce n’ est qu’ au terme de cette 7em étape que l’ on peut enfin parler de norme et retrouver comme par magie le fameux théorème de Pythagore
Question 1
Et si maintenant je désire suivre les mêmes 7 étapes (ou d’ autres que je ne trouve pas ) pour introduire logiquement l’ espace euclidien élémentaire de la géométrie élémentaire d’ euclide. Comment dois je procéder ? Il y a quelque chose qui me gêne dans le raisonnement.Si je prends E = RxR et P = RxR le résulta obtenu est celui décrit ci dessus mais, dans ce cas, à aucun moment je n’ ai établi la relation entre mon espace euclidien vectoriel et les point de l’ espace euclidien élémentaire .
- 1 -
Si je prends P = DxD ou D sont deux règles graduées au sens d’ Euclide, Je suis alors obligé d’ introduire la relation de Chasle dés le début (afin de pouvoir définir une addition dans P) . Je ne suis alors dans l’impossibilité de construire un espace vectoriel sans parler de l’ espace affine.
- 2 -
Quelqu'un aurait il une idée pour introduire de manière élégante les vecteurs :
Ø En respectant les théories actuelles (distinction des aspect vectoriels, affine et euclidien)
Ø Tout en permettant de représenter graphiquement chacune des étapes (les fameuses petites flèches)
Question 2
Il y a également quelque chose qui me gêne dans la définition de l’ espace affine, à savoir le fait qu ‘il soit présenté comme un triplet A = (P, E, f)
Ø Où P est un ensemble
Ø E est un ensemble respectant la structure algébrique d’ espace vectoriel
Ø Et f une fonction de PxP vers E
Cette définition rend en effet le statut de A peu clair. Est une structure algébrique ? est ce un ensemble ? Je trouve un peu gênant que dans la définition de A il y ait à la fois P et E qui représentent souvent le même ensemble
A oui au fait, il n' y aurait pas un autre éditeur un peu plus WYSIWYG
Merci à tous
A+
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