Leçons sur les équations aux dérivées partielles

Enfant, j'écumais les bibliothèques à des kilomètres à la ronde, à la recherche de livres de maths. Ce n'est sans doute pas très normal, mais à l'époque je trouvais ça naturel. Si Histoires de mathématiciens et physiciens avait existé, je me serais jeté dessus. Simon Gindikin a réuni ici quelques histoires fortes, mêlant science et passions humaines, qui mettent en scène cinq grandes figures de l'époque classique des mathématiques. Cardan, génie et rebelle, érudit, joueur, médecin, astrologue, se serait suicidé pour ne pas faire mentir son horoscope, Ça, c'est du professionalisme! Cardan écrivait des ivres; parmi ceux-ci l'un des meilleurs manuels d'algèbre jamais écrits. Il y révèle les secrets de la résolution des équations du 3e degré, les secrets d'un autre... Galilée faisait tomber des balles du haut de la tour de Pise, ou le long d'un plan incliné, en réfléchissant à la trajectoire des boulets de canon pour les artilleurs de l'Arsenal de Venise... Jusqu'au jour de 1610 où il découvrit avec la lunette qu'il avait fabriquée les satellites de Jupiter... En corrigeant une erreur de Galilée, Huygens découvrit une curieuse propriété de la courbe appelée cycloïde, et il utilisa cette propriété pour construire une horloge exacte. Les mathématiciens connaissent Pacsal à cause de son triangle et de ses théorèmes de géométrie, les littéraires à cause de ses Pensées, mais je préfère le célébrer comme inventeur de la brouette... Il a aussi envoyé son beau-frère escalader le Puy-de-Dôme en portant un bol de mercure pour vérifier que la pression atmosphérique décroît avec l'attitude. Gauss trouva à 19 ans une construction du polygone régulier à 17 côtés - le problème était posé depuis 2000 ans! Il publia le résultat dans le journal local, puis devint le plus grand mathématicien de son époque (voire de tous les temps). Simon Gindikin raconte toutes ces histoires avec tendresse, avec un sens prononcé de l'histoire et de ce qui est mathématiquement intéressant. J'apprécie qu'il ne cherche pas à masquer les difficultés: il démontre géométriquement la propriété de la cycloïde. Il démontre aussi la loi de réciprocité quadratique, le "théorème d'or" de Gauss. Tout cela ne rend pas le livre difficile, il suffit au lecteur non spécialiste de sauter quelques passages. Histoires de mathérnabciens et physiciens n'est pas un livre d'histoire, ni de mathématiques ou de physique, c'est un collier de cinq camées étincelants, qui séduira tous ceux qui ont du goût pour la science et la culture. Je suis désormais un inconditionnel de Gindikin, et j'attends la suite avec impatience.

A-t-on vraiment compris une théorie si l'on ne sait pas traiter des exemples ? De nombreux théorèmes ne sont-ils pas l'aboutissement de longs calculs sur des cas particuliers ? Les logiciels de calcul formel mettent aujourd'hui ces calculs à la portée de l'étudiant ; ils lui permettent ainsi d'explorer une situation complexe, d'éprouver sur des exemples non triviaux sa compréhension du cours. Sur le plan des contenus, le développement des ordinateurs et de l'algorithmique a provoqué en mathématiques un retour au concret qui n'épargne pas l'algèbre. Ce " retour au concret " est ici mis au service de la théorie : au lieu d'une suite de théorèmes abstraits, les sujets d'algèbre sont abordés à partir d'un riche corpus de calculs, d'exemples, d'applications et d'algorithmes. Fruit de plusieurs années d'enseignement de " Mathématique et Ordinateurs " à l'Université Paris-Sud, Algèbre, arithmétique et Maple est destiné au second cycle des universités et à la préparation à l'agrégation. Il couvre largement le programme habituellement traité en maîtrise dans les domaines suivants : arithmétique, groupes, polynômes à une ou plusieurs variables, théories algébrique et analytique des nombres, théorie de Galois. Chaque chapitre s'ouvre par une initiation aux principales commandes Maple, ainsi qu'aux notions et aux résultats mathématiques essentiels du thème traité. Le lecteur est ensuite guidé dans l'approfondissement de ces notions, dans la découverte de nouvelles applications et d'implémentations sur machine, en exploitant pleinement les ressources du logiciel Maple. Tenant du livre de cours et du recueil d'exercices, cet ouvrage conduit le lecteur dans une double aventure, mathématique et informatique, conjuguant recherches expérimentales et études théoriques et l'incitant à passer de son ordinateur à la bibliothèque, et inversement. Des programmes Maple répondant à la plupart des questions posées sont disponibles sur le site Internet cassini.fr.

La théorie de Galois présente des analogies si étroites avec la théorie des revêtements que les algébristes emploient un langage géométrique pour parler d'extensions de corps, tandis que les topologues parlent de " revêtements galoisiens ". Chacun des cadres éclaire et enrichit l'autre. Nous nous sommes efforcés ici de développer ces théories de façon parallèle, en commençant par celle des revêtements, qui permet mieux au lecteur de se faire des images. Dans l'étude des surfaces de Riemann, et dans la théorie des " dessins d'enfants " de Grothendieck, ces analogies se concrétisent en équivalences de catégories. Les trois premiers chapitres - ensembles ordonnés, catégories, algèbre linéaire - apportent le langage et les éléments qui permettent de travailler.

Les concombres, comme chacun sait, sont composés à 99 % d'eau. On laisse reposer 500 kilos de concombres pendant une nuit, et le lendemain, les concombres ne contiennent plus que 98 % d'eau. Quel est le poids des concombres au matin? C'est l'un des problèmes favoris du célèbre mathématicien Paul Halmos, grand amateur et collectionneur de problèmes. Ne répondez donc pas trop vite... En voici un autre. Le plan peut être rempli par des droites disjointes, par exemple toutes les droites parallèles à l'axe des x. Peut-on de la même façon remplir le plan par des cercles disjoints? Attention: vous n'avez pas droit aux cercles de rayon nul (les points), ni aux cercles de rayon infini (les droites). Certains des problèmes de ce livre peuvent être résolus par des lycéens, d'autres demandent la maturité d'un mathématicien professionnel. Chacun d'eux est une histoire que nous conte Halmos. Il éveille notre curiosité, donne des indications, et livre enfin une solution complète, toujours instructive, même pour ceux qui avaient "trouvé".