[TPE] Aléatoire - Chaos [math + physique]

Discussion générale entre passionnés et amateurs de mathématiques sur des sujets mathématiques variés
Dominique Lefebvre
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par Dominique Lefebvre » 30 Mai 2009, 07:58

Timothé Lefebvre a écrit:@ Domi : mais non justement je t'ai dit que je voulais aussi traiter du mouvement brownien dans la partie physique ! J'avais dans l'idée de faire au moins deux grandes parties : l'aléatoire dans les maths et dans la physique.

Il vaut mieux que ton TPE présente une certaine cohérence. Le risque que tu prends en le décomposant en deux parties, c'est de paser beaucoup de temps à relier ces deux parties, à la fois dans ta rédaction et ta présentation.
Il me semble préférable de traiter d'un sujet unique et d'en explorer ses différentes facettes. Par exemple, observation d'un déplacement brownien, explication physique simplifiée (niveau 1ere), modélisation simplifiée (niveau 1ere) et simulation (petit prog scilab ou maple). L'observation expérimentale, l'explication physique, la modélisation mathématique. Tout ça, avec les limites de connaissance d'un élève de 1S, même doué.
On peut aussi mentionner quelques détails historiques, ce qu'apprécient les profs qui pensent que l'histoire des sciences est un élément important de la culture scientifique.


On peut modéliser le mouvement brownien relativement simplement avec quelques manip' non ?

Comme je l'ais écris plus haut, il y a plusieurs niveaux de modélisation du mouvement brownien.
Au niveau 1S, on peut en rester à ce qu'on appelle le modèle de la marche aléatoire. Il fait appel à la notion de suite, de tirage pile ou face et de limite. On peut passer et admettre le théorème de la limite centrale, car je ne sais pas s'il est au programme de 1S.
La programmation d'une simulation n'est pas très complexe, et implique l'emploi d'un générateur de nombres pseudo-aléatoires, ce qui est aussi un mécanisme intéressant à décrire dans le cadre de ce genre de TPE...



kazeriahm
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par kazeriahm » 30 Mai 2009, 11:38

Nightmare a écrit:Tu compares une addition à un calcul de probabilité, vraiment?


C'est juste pour reprendre ta remarque. De même qu'on a pas besoin de connaitre les notions de successeur, de semi-groupe, etc pour faire des additions, qui restent très intuitives, on a pas besoin de connaître la définition d'une tribu ou d'une mesure pour calculer des probabilités dans des cas simples.

Nightmare
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par Nightmare » 30 Mai 2009, 11:54

Il y a une différence entre savoir comment est axiomatiquement définie l'addition et connaitre les définitions de bases des probabilités.

Tu trouverais ça normal de parler de dériver sans savoir la définition d'une limite?

kazeriahm
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par kazeriahm » 30 Mai 2009, 13:17

bah c'est exactement ce qui s'est passé dans l'histoire, je crois que c'est Leibniz et Cauchy qui ont donné la définition de limite telle qu'on la connait aujourd'hui mais on parlait de tangente bien avant ca.

Bien sur qu'une définition rigoureuse et précise permet de faire beaucoup plus de choses que se limiter aux notions intuitives, mais on a pas besoin de savoir ce qu'est un espace probabilisé pour comprendre que quand on lance n fois une piece de monnaire non biaisée, et que n devient grand, la moitié du temps on a pile et l'autre moitié face. C'est un phénomène réel, qui admet une explication mathématique rigoureuse mais dont on peut se passer pour le comprendre.

Nightmare
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par Nightmare » 30 Mai 2009, 13:26

Je suis d'accord que pour la compréhension on en a pas besoin, tout comme on a pas besoin des epsilon pour comprendre ce qu'est une limite.
Tu remarqueras que dans mes messages je n'ai jamais dit que c'était une honte de faire des probas sans savoir ce que c'est, mon message voulait juste dire que si Tim voulait faire un TPE sur l'aléatoire il y aurait tout à faire.

kazeriahm
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par kazeriahm » 30 Mai 2009, 13:31

bien sur t'inquiete pas il y a aucun probleme on discute

Nightmare
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par Nightmare » 30 Mai 2009, 13:32

Ta note historique m'interpelle. D'accord on parlait de tangente avant de voir les limites mais il a bien fallut avoir celles-ci pour interpréter la tangente comme une "limite" de segment non?

kazeriahm
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par kazeriahm » 30 Mai 2009, 13:49

je sais pas précisément ca doit pas etre dur à trouver

je me rappelle d'un pote qui était en L1 ou en L2 qui m'avait montré un traité de Huygens sur le lograithme qu'on lui avait donné, il devait retranscrire ce que disait Huygens de manière alors purement géomètrique (!!) en quelque chose qui ressemble à de l'analyse moderne, et c'était absolument terrible. La conception qu'on se fait des maths est vachement différente de celle que pouvait avoir les matheux d'avant Bourbaki ! Et encore Huygens c'était 1600 je crois nan ? Donc bien bien avant Bourbaki...

SimonB
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par SimonB » 30 Mai 2009, 18:22

Ou même, plus basiquement, on travaillait avec les nombres réels bien longtemps avant de les avoir défini... (La première ébauche de définition date de Weierstrass, soit après Cauchy !)

"Nightmare" a écrit:Tu trouverais ça normal de parler de dériver sans savoir la définition d'une limite?


C'est ce qu'on fait en première et en terminale !

Nightmare
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par Nightmare » 30 Mai 2009, 22:03

SimonB > Ok, au lycée la définition de limite reste intuitive mais on essaye d'introduire sa formalité un mininum (Une fonction converge vers l en +oo si pour x assez grand on peut rendre la distance |f(x)-l| aussi petite que l'on veut, il me semble que c'est introduit à juste titre comme cela au lycée.

Le problème est que, paradoxalement, quand on passe de l'intuitif au concret on perd tous les élèves. Beaucoup savent que 1/x tend vers 0 en +oo mais peu savent expliquer concrètement pourquoi.
Tout comme beaucoup connaissent leur formules de dérivabilité sans pour autant savoir les expliquer alors que c'est une simple application du cours.

Le problème d'aujourd'hui est que les élèves se contentent d'apprendre les méthodes plutôt que le pourquoi du comment. Enfin, c'est un autre débat.

Nightmare
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par Nightmare » 30 Mai 2009, 22:20

Attention avec les mouvement Brownien, c'est plus "compliqué" qu'il n'y paraît. Pour tout avouer j'ai voulu faire un TPE dessus avant la déccélérfation des véhicules et j'ai abandonné par faute de connaissances.

Kaseriahm > Nous sommes d'accord, encore aujourd'hui j'ai pu faire un cours sur les probas à un élève de 4ème (apparemment c'est nouveau au programme) sans aller dans les formalités déconcertantes, tout s'est très bien passé.

kazeriahm
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par kazeriahm » 30 Mai 2009, 23:19

attention tous les élèves étudiants ne sont pas matheux, et quand ce n'est pas le cas on peut comprendre que ca soit rebuttant d'apprendre à manipuler des epsilon. Apparament dans le temps (une vingtaine/trentaine d'années ?), après la révolution Bourbaki, ils se tapaient groupes/matrices et un peu de topo au lycée, c'est aberrant.

Et oui le mouvement brownien demande pour le coup beaucoup de temps et de notions pour être formalisé correctement

Dominique Lefebvre
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par Dominique Lefebvre » 01 Juin 2009, 08:54

Nightmare a écrit:Attention avec les mouvement Brownien, c'est plus "compliqué" qu'il n'y paraît. Pour tout avouer j'ai voulu faire un TPE dessus avant la déccélérfation des véhicules et j'ai abandonné par faute de connaissances.


Bonjour,
Il est vrai qu'une étude un peu approndie du mouvement brownien peut vite se révéler complexe. Mais il est possible d'en faire une approche intéressante et pas trop fausse avec des outils assez simples, tant en math qu'en physique.
Si ce sujet de TPE intéresse quelqu'un(s), on pourra en discuter...

Timothé Lefebvre
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par Timothé Lefebvre » 06 Juin 2009, 13:08

Salut, je remets le sujet à l'ordre du jour.

Je pense avoir trouvé la problématique à développer, qui mettrait en rapport l'aléatoire dans les mathématiques et la physique.

"Quels sont les critères pour juger d'une suite de nombres qu'elle est aléatoire et comment obtient-on de telles suites ?"

Une première idée du plan :

1) Approche théorique de la notion d'aléatoire
  • Qu'appelle-t-on une suite aléatoire de nombres ? Comment fait-on pour générer des nombres aléatoires ?
  • Que qualifie-t-on d'aléatoire dans la nature ? En quoi les phénomènes naturels définissent-ils mieux l'aléatoire que les mathématiques ?
2) Approche expérimentale de l'aléatoire
  • Modélisation d'un expérience aléatoire (type lancers de dés ou tirages au hasard dans une urne).
  • Etude assistée par ordinateur des caractéristiques du mouvement brownien.
Qu'en pensez-vous ?

EDIT : je modifie le titre du sujet.

Dominique Lefebvre
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par Dominique Lefebvre » 06 Juin 2009, 13:20

kazeriahm a écrit: Apparament dans le temps (une vingtaine/trentaine d'années ?), après la révolution Bourbaki, ils se tapaient groupes/matrices et un peu de topo au lycée, c'est aberrant.

Bonjour,
Au lycée, dans le début des années 70, on étudiait effectivement les structures (ensembles, groupe, corps, anneau) et les matrices en TC (et même avant: les ensembles dès la 5eme et les groupes en seconde!).
La topo, il ne faut pas exagérer, à moins que tu assimiles l'étude de la continuité à de la topo (ce qu'elle est en fait).
Mais je ne vois pas du tout ce que ça avait d'aberrant. Je ne m'en suis pas plu mal porté, au contraire. Les anciens du forum pourraient donner leur avis...

Dominique Lefebvre
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par Dominique Lefebvre » 06 Juin 2009, 13:30

Timothé Lefebvre a écrit:Une première idée du plan :

1) Approche théorique de la notion d'aléatoire
  • Qu'appelle-t-on une suite aléatoire de nombres ? Comment fait-on pour générer des nombres aléatoires ?

J'ajouterai: comment déterminer qu'une suite de nombres est aléatoire? Car, il faut se préoccuper de ce "détail", avant de construire un générateur de nombres aléatoires...

  • Que qualifie-t-on d'aléatoire dans la nature ? En quoi les phénomènes naturels définissent-ils mieux l'aléatoire que les mathématiques ?

Pas sur que la formulation ne suscite pas de tollé! Les phénomènes naturels ne peuvent pas définir l'aléatoire. Il s'agit bien d'une définition mathématique. Il faut être très méfiant sur le caractère aléatoire des phénomènes naturels et surtout ne pas confondre chaotique et aléatoire.
Il existe peu de phénomènes vraiment aléatoires : le mouvement brownien (on y revient), les phénomènes quantiques comme la désintégration nucléaire, par exemple.

2) Approche expérimentale de l'aléatoire
  • Modélisation d'un expérience aléatoire (type lancers de dés ou tirages au hasard dans une urne).
  • Etude assistée par ordinateur des caractéristiques du mouvement brownien.

Dans la deuxième puce, j'aurais dit "simulation simplifiée" du mouvement brownien (avec un algo de marche aléatoire). Parce que "étude du mouvement brownien" me semble un peu présomptueux en 1S.
Il s'agit d'illustrer le concept d'aléatoire sur des situations d'ordre mathématique et physique, simplement les illustrer....

Dans les deux cas, ton boulot passe par une phase de modélisation puis de simulation (ce n'est pas la même chose).

Timothé Lefebvre
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par Timothé Lefebvre » 06 Juin 2009, 13:37

Dominique Lefebvre a écrit: J'ajouterai: comment déterminer qu'une suite de nombres est aléatoire?
Oui c'est ce à quoi je pensais en gros, sans parvenir à l'exprimer clairement.

Dominique Lefebvre a écrit: Il faut être très méfiant sur le caractère aléatoire des phénomènes naturels et surtout ne pas confondre chaotique et aléatoire.

Justement, on peut introduire une rapide explication de la différence entre l'aléatoire et le chaotique ?

Dominique Lefebvre a écrit: Dans la deuxième puce, j'aurais dit "simulation simplifiée" du mouvement brownien (avec un algo de marche aléatoire). Parce que "étude du mouvement brownien" me semble un peu présomptueux en 1S.

C'est aussi comme ça que je l'entendais (par exemple comme sur le bouquin que tu m'as montré tout à l'heure ça avait l'air pas mal).

Dominique Lefebvre a écrit:Dans les deux cas, ton boulot passe par une phase de modélisation puis de simulation (ce n'est pas la même chose).

On peut considérer que la première partie c'est la modélisation et la seconde la simulation ?

Dominique Lefebvre
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par Dominique Lefebvre » 06 Juin 2009, 14:10

Timothé Lefebvre a écrit:
Justement, on peut introduire une rapide explication de la différence entre l'aléatoire et le chaotique ?

oui, ce sera bienvenu.

On peut considérer que la première partie c'est la modélisation et la seconde la simulation ?

Non, je t'expliquerai la différence et la complémentarité de la modélisation et de la simulation. Il me semble que je l'ai déjà fait sur le forum.

kazeriahm
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par kazeriahm » 06 Juin 2009, 15:32

"Comment déterminer qu'une suite de nombres est aléatoire ?" me semble être une question vague et ardue. Est-ce que 1,1,3,909992,5 est aléatoire ou déterministe ? Ca dépend du modèle non ?

Timothé Lefebvre
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par Timothé Lefebvre » 06 Juin 2009, 15:51

Pour moi si une suite de nombre est aléatoire alors on ne peut prédire aucun des termes de cette suite c'est à dire qu'on ne peut pas établir de relation entre les différents termes ou groupes de termes.

Cela te semble-t-il bon ?

 

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