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Jolies formules, beaux théorèmes

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Réponses

  • bonsoir et bonne année

    Sylvain rappelait que nous sommes à la veille de l'année Euler (tricentième anniversaire de sa naissance)

    il me semble que c'est l'occasion d'exhiber quelques séries numériques simples que le chercheur suisse connaissait et qui peuvent figurer parmi les plus belles formules (telles que Victor-Emmanuel les aiment) mais qui furent proscrites par les successeurs d'Euler (Cauchy et Weierstrass) alors qu'elles étaient parfaitement vraies

    1/2= 1 - 1 + 1 - 1 + 1 -........+ (-1)^n +...

    1/4 = 1 - 2 + 3 - 4 + 5 - 6 + ..........+ (-1)^(n-1).n +....

    0 = 1 - 3 + 5 - 7 + 9 - ............+ (-1)^n.(2n+1) +.......

    il s'agit tout simplement des séries de Riemann alternées d'ordre 0 et - 1 (exposants égaux à 0 puis - 1) concernant les entiers naturels puis les entiers impairs

    concernant les entiers premiers il est d'ailleurs possible empiriquement de déterminer la limite de la même série alternée;
    elle est (sans doute) irrationnelle et proche de 1,5115589.....
    valeur prise par la série alternée de Bertrand 2ln2 - 3ln3 + 4ln4 - 5ln5 +........
    puisque le nième nombre premier est équivalent à n.lnn

    cordialement
  • Pour la première, il suffit d"écrire le développement de 1/(1+x) pour x=1.

    Jean, vous devriez être en plein réveillon, si je ne m'abuse (comme tous les Economistes distingués).
  • Je souhaite une heureuse année à tous les utilisateurs de ce forum, ainsi qu'aux autres!
  • Je trouve le théorème de Hahn-Banach le plus beau que je n'ai jamais vu
  • Je ne résiste pas à l'envie de poster cette belle formule que j'ai démontrée de tête cette nuit dans mon lit vers 1h du matin alors que je n'arrivais pas à dormir:

    $$\displaystyle{\lim_{n\rightarrow\infty}(\sum_{k=2}^{n}\zeta(k))-n=0}$$.

    Sylvain
  • Une jolie formule que l'on ne démontre pas en prépa, faute de moyens :

    $$\int_{0}^{\infty}\frac{dt}{1+t^\alpha}=\frac{\pi}{\alpha sin(\frac{\pi}{\alpha}}$$
    lorsque $\alpha$ est un réel strictement supérieur à $1$.
  • Désolé il manque une petite parenthèse fermante dans la formule précédente...
    <BR>
    <BR>Et deux jolis résultats :
    <BR>
    <BR>En dimension finie, toutes les normes sont équivalentes. Et bien si dans un evn, toutes les normes sont équivalentes, alors on est en dimension finie!
    <BR>
    <BR>Encore :
    <BR>En dimension finie, compact équivaut à fermé borné (dans un evn).
    <BR>Et on a le théorème de Riesz : si la boule fermée de centre 1 est compacte, alors l'espace est de dimension finie! et à partir de cela on doit pouvoir montrer, je pense que si tout fermé borné est compact, alors l'espace a une dimension finie!<BR>
  • N'est-ce pas plutôt la boule fermée de rayon 1 ?
  • Victor-Emmanuel : comment calcule-t-on cette intégrale ?
  • avec les résidus.
  • Ouais c'est ce que j'essaie mais si alpha est irrationnel les pôles ne sont pas en nombre fini. Enfin on doit pouvoir s'en tirer avec un argument de continuité.
  • Une petite bourde de VIctor-Emmanuel :" si tout fermé borné est compact c'est qu'on est en dimension finie".

    Ceci n'a pas de sens caren dimension infinie, le bornage dépend de la norme donc on ne peux parler de parties bornées sans préciser la norme !!

    Sinon un résultat que j'aime bien : soit p un nombre premier et E un ensemble infini, alors E peut être muni d'une structure de corps algébriquement clos de caractéristique p.
  • Sinon, pour calculer l'intégrale on passe par la fameuse fonction $\Gamma$ et la formule des compléments que j'aime bien.
  • J'ai un souci, je n'arrive pas à démontrer un développement asymptotique que, d'ailleurs, je trouve plutôt joli :

    $$\zeta(s)=\frac{1}{s-1}+\gamma+o(1)$$ quand $s$ tend vers 1 par valeurs supérieures.

    J'essaie de majorer, pour ce faire, $\frac{1}{n^s}-\frac{1}{t^s}$ pour $t\in[n;n+1]$ ; les accroissements finis ne me sont d'aucune utilité si je veux invoquer une convergence normale sur ]1;2] ; en revanche si je dois pouvoir majorer l'intégrale entre $n$ et $n+1$ de cette expression, en utilisant la convexité de l'application qui à $x\geq1$ associe $\frac{1}{x^s}$ si $s>1$. Mais je bloque, même en essayant de montrer une convergence uniforme seulement de la série $\int_{n}^{n+1}(\frac{1}{n^s}-\frac{1}{t^s})dt$ sur ]1;1,1].

    Ou toute autre méthode n'invoquant pas la convergence de séries de fonctions est bienvenue.

    Merci!
  • >Chimono :

    Je ne pense pas que ce soit une bourde :

    On est dans un evn ; on a donc une norme, et si la boule unité est compacte, alors on est en dimension finie et toutes les normes sont équivalentes!
    Donc si tout fermé borné est compact pour la norme de départ, alors c'est vrai pour toutes les normes et on est en dimension finie.
  • Bonjour

    Un autre beau théorème : Théorème d'équioscillation de Tchebycheff

    Sincèrement,
    Galax
  • Bonsoir a tous et bonne année.
    <BR>
    <BR>Personnellement pour moi les plus beaux résultats sont les résultats abstraits et donc toutes les formules concernant des nombres sont "moches", seule l'intelligence permettant de les démontrer est belle.
    <BR>
    <BR>Un beau résultat abstrait
    <BR>
    <BR>toute mesure sigma-finie sur B(R) se décompose en trois mesures étrangères deux à deux. Une mesure possédeant une densité par rapport à la mesure de Lebesgue, une mesure chargeant un nombre dénombrable de points de R (somme de Dirac) et une mesure diffuse chargeant un ensemble non dénombrable (et donc pour lequel le poids d'un point est nul).
    <BR>
    <BR>Cette troisième mesure je la trouve très belle car elle se cache à notre intuition.<BR>
  • J'ai trouvé une jolie formule, pas très compliquée (pas du tout, en fait ; il suffit de connaître son théorème d'intreversion somme intégrale...) :

    $$\displaystyle{\int_0^\infty\frac{t^s}{e^t-1}dt = \zeta(s)\Gamma(s)}$$ pour $s>1$.


    Et puis, au-delà du lemme de Lebesgue, qui dit que si $f$ est réglée sur $[a;b]$ alors :
    $$\int_a^b f(t)sin(nt)dt \longrightarrow 0$$, on a aussi, avec la même $f$ :

    $$\int_a^b f(t)SIN(nt)dt \longrightarrow \frac{2}{\pi}\int_a^b f$$
    où $SIN$ désigne la valeur absolue de sinus, que je ne sais écrire en LaTeX...
    ;)

    Pour montrer ces deux lemmes, je passe par les fonctions constantes, puis en escalier par linéarité, puis réglées par densité.
    Avez-vous une méthode plus directe?
    Merci!!!
  • Pour la valeur absolue de sinus (nt) en Latex: $\vert sin (nt) \vert$

    Sylvain
  • Merci pour la valeur absolue Sylvain!
  • Je vous rappelle que le titre du message n'est pas simplement "jolies formules" mais parle aussi de "beaux théorèmes"...

    Et je vois pas beaucoup d'algèbre ni de géométrie dans tout ça... les intégrales, ça fait pousser de $\pi$ et des $e$ comme par magie, mais c'est pas ultime en soi. D'ailleurs, une intégrale, de base, c'est une forme linéaire sur un espace vectoriel particulier, faut voir les choses de façon un peu plus abstraite des fois. C'est pas parce qu'on a inventé ça en cherchant à calculer l'aire sous le graphe d'une fonction qu'il faut se limiter au point de vue "ouais, on va intégrer une fonction sur un segment, youhou".

    Dans d'autres domaines, on note ça $\mathbb{E}$, $\langle .,.\rangle$ ou même $Tr$, eh oui.

    Allez, sortez vos théorèmes de géom ou d'algèbre commutative !
  • OK, j’aime bien les théorèmes de Ceva et de Menelaüs, et de Pythagore.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Al-Kashi, généralisation naturelle de Pythagore, et qui se démontre très facilement.
  • ok:

    $$\chi(S)=\chi(M) = V-E+F$$

    avec: $S$ surface de Riemann compacte connexe
    $M$ division polygonale de $S$
    $V$ le nombre de sommets, $E$ le nombre de côtés, et F le nombre de faces de la division plygonale.

    $\chi(S)$ est donc la caractéristique d'Euler-Poincaré de $S$ et on a:

    $$\chi(S) = 2 - 2g$$

    si $S$ est orientable de genre $g$.
    A demon  wind propelled me east of the sun
  • rebonjour, lire: F le nombre de faces de la division {\bf polygonale }


    Pour ce prix, j'ajoute la formule d'Hurwitz:

    Si $S$ est la surface de Riemann d'une équation algébrique irréductible
    $$A(z,w)=0$$
    de degré $n$ suivant $w$, avec $n_k$ l'indice de ramification au point $a_k$ si c'est un point de ramification pour $S$, le genre de $S$ est donné par:

    $$g = 1 - n + \frac{1}{2} \sum_{k=1}^{r} n_k$$
    A demon  wind propelled me east of the sun
  • Gilles, que désigne $r$ dans ta dernière formule ? Le nombre de points de ramification de $S$ ?
    Puisque tu semblles calé sur les surfaces de Riemann, je vais faire remonter mon post &quotFonctions multiformes&quot.

    Et pour rester dans le sujet: le théorème de Liouville (toute fonction holomorphe sur $\C$ et bornée est constante), qui admet comme corollaire celui de D'Alembert-Gauss.

    Sylvain
  • Un joli résultat faisant l'objet d'un exercice de ma petite soeur, en 6ème ;-)

    Prendre un nombre au hasard entre 100 et 999 ; le dédoubler en un nombre à 6 chiffres (ex : 567 devient 567567) ; diviser ce nombre par 7, re-diviser par 11, et encore par 13. Et...? On tombe sur le nombre de départ.
    C'est très simple, mais ma soeur a du mal à comprendre... Peut-être que je n'explique pas bien???
  • Un nombre premier p est appelé un nombre premier de Sophie Germain si 2p + 1 est aussi un nombre premier. Il est conjecturé qu'il existe une infinité de nombres premiers de Sophie Germain, mais ceci n'a pas encore été démontré.
  • C'est un problème qui devrait intéresser Terence Tao, ça...
  • j'ai relu ce fil, et je remarque que la plupart des résultats proposés sont liés à l'analyse ...
  • "Tout corps fini est commutatif."
  • J'avoue être saoulant: {\it tout anneau artinien est noethérien}


    Autre théorème "joli": toute question dont au moins l'une des 2 alternatives (oui ou non) est décidable (en ce sens qu'on peut prouver que "vraie" cette aleternative est prouvable) est "de façon effective" équivalente à une question de la forme: {\it l'équation diophantienne E a-t-elle une solution?} où E est une équation diophantienne

    Une équation diophantienne est une équation du genre $P(X_1..X_n)=0$, avec $P$ polynome sur les indéterminées $X_1,..X_n$, et on cherche des solutions qui soient des nombres entiers


    Etant donnée un ensemble $A\subseteq \N$. Il existe alors un ensemble $B\in \{A;\N -A\}$ et un ensemble infini $T\subseteq \N$ tel que pour toute partie finie $F$ de $T$ la somme des éléments de $F$ est dans $B$.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • On peut prouver que, en l'absence de l'axiome du choix, il est crédible que:


    {\it Etant donné un ensemble $A\subseteq W$. Il existe alors un ensemble $B\in \{A; W-A\}$ et un ensemble infini $T\subseteq \N$ tel pour toute partie infinie $G$ de $T$ est dans $B$.}

    (franchement, celui-ci c'est de la balle, lol)

    $W$ est l'ensemble des parties infinies de $\N$
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Vous oubliez (je viens de lire tout le fil) les théorèmes tellement célèbres qu'ils en sont devenus transparents:

    * Toute application de $\C$ dans $\C$ dérivable une fois est indéfiniment dérivable

    * Ne parlez pas de $\pi$ ça cache la beauté des phénomènes (naturels?): aire du disque=périmètre fois rayon divisé par 2

    * Si la mesure de Lebesgues de $A\subseteq \R$ est non nulle alors il existe un ouvert $U$ contenant $0$ tel que tout élément de $ U$ peut s'écrire $x-y$ avec $x$ et $y$ dans $A$

    * Et l'époustouflant théorème de Brouwer: si $E\subseteq \R^n$ est compact et convexe alors tout application continue de $E$ dans $E$ admet un point fixe.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Le théorème de Poincaré-Birkhoff-Witt.

    Non en fait, c'est juste parce que j'adore le nom de ce théorème :D
  • Il faut que cette page-forum redémarre et reparte pour de bon, quelles qu'aient été mes interventions.
  • Quelques théoremes que j'aime bien,

    Si A est noetherien,$A[X_1,\cdots,X_n]$ l'est aussi.

    Soit $A$ et $B$ deux ensembles de mesure de Lebesgue non nulle alors $A+B$ contient un intervalle.

    Ou encore tout groupe d'ordre $p^2$ avec $p$ premier est abélien.
    Etant donnée un ensemble $ A\subseteq \mathbb{N}$. Il existe alors un ensemble $ B\in \{A;\mathbb{N}-A\}$ et un ensemble infini $ T\subseteq \mathbb{N}$ tel que pour toute partie finie $ F$ de $ T$ la somme des éléments de $ F$ est dans $ B$.

    Ca se prouve comment?
  • meskiangasher Écrivait:
    > "Tout corps fini est commutatif."


    Pour relancer une vieille polémique, mais qui peut couter cher à un oral d'agreg : un corps est par définition commutatif. La version non-commutative d'un corps est appelée algèbre à division ; c à d un anneau dans lequel tous les éléments différents du neutre de l'addition admettent un inverse pour la multiplication. Une algèbre à division (encore appelée corps gauche) commutative est appelée corps...

    Je dis ça car ca fait peu de temps que j'ai appris cette subtilité et effetivement, le théorème de Wedderburn exige des précisions de définitions au risque de démontrer une trivialité "Toute algèbre à division commutative finie est commutative" (:D

    Un résultat que je trouve intéressant car asez contre-intuitif : Soit $F$ un fermé de $\R^n,\ F'$ le fermé de $\R^{n+1}$ défini par $F\times \{0\}$. Alors il existe une sous-variété $C^{\infty},\ V$ de $\R^{n+1}$ telle que $F'$ soit l'intersection de $V$ et de l'hyperplan $\R^n \times \{0\}$.

    En fait il n'y a rien de magique la dedans, il suffit de montrer que $F$ est exactement le lieu de zéros d'une fonction $C^{\infty},\ f:\R^n \rightarrow \R$, puis de prendre $V$ le graphe de $f$ ie : $\{(x,f(x)) \mid x \in \R^n \}$.

    Cela dit on se rend compte que l'intersection de 2 objets extrêment réguliers (variétés $C^\infty$) peut donner un objet arbitrairement irrégulier (un fermé de $\R^{n+1}$). En ce sens je trouve ce résultat contre-intuitif.
    t-mouss
  • Ben non, j’ai toujours appris qu’un corps n’est pas nécessairement commutatif, et que par exemple le corps des quaternions est bien un corps, gauche certes, mais un corps quand même.
    Ce n’est pas une erreur d’avoir une définition ou l’autre, il faut juste savoir de quoi on parle.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • -La conjecture Moonshine
    -La formule sur https://agreg.org
  • Une formule que j'aime bien pour l'avoir trouvée :

    $\forall x\in \mathbb{R},\ n! = \sum_{k=0}^{n}(-1)^k\binom{n}{k}(x - k)^n$
  • Bonjour,

    Quelle formule juste as-tu trouvée ? Ah pardon. J’oubliais que tu ne trouves que des formules fausses.
  • Babsgueye:

    Un tas de gens t'ont devancé en découvrant cette formule. (cf. http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?5,1390524,1390528 )

    A moins, que lorsque tu dis que tu l'as trouvée tu veux dire que tu l'as lue dans un livre.
  • $$\lceil e \rceil - \lfloor \pi \rfloor =0$$
  • Une formule magnifique et surprenante (formule de Verlinde) : $$

    \dim H^0(M(C,L), \mathscr L^{\otimes k}) = (k+1)^{g-1}\sum_{j=1}^{2k+1} \frac{(-1)^{j-1}}{(\sin (\frac{j \pi}{2k+2}))^{2g-2}},

    $$ où $L$ est un fibré en droites de degré impair sur une courbe algébrique projective $C$ de genre $g$, $M(C,L)$ est l'espace de module des fibrés de rang $2$ semi-stable sur $C$ de déterminant $L$ et $\mathscr L$ est un certain fibré en droites sur $M(C,L)$.
  • Pour moi, ce sera bien sûr l'incroyablement utile formule du crible (ou pour reprendre l'expression anglaise : « principe d'inclusion-exclusion »).

    Formule du crible généralisée :
    Soit $(M_i)_{i \in [\;\!\![ 1;n ]\;\!\!]}$ une liste de multiensembles,[size=small]\[\bigcup_{i = 1}^{n} M_i \,=\, {\Large \sum_{k = 1}^{n}}\, (-1)^{k+1} \!{\large \sum_{1 \leqslant i_1 < i_2 < \dots < i_k \leqslant n}} \ \bigcap_{j = 1}^{k} M_{i_j}\][/size]
    Et sinon, comme j'ai eu le plaisir de pouvoir étudier la loi de Benford :
    Théorème : La fréquence* du chiffre $c \in [\;\!\![ 1 \,; 9 ]\;\!\!]$ en tant que premier chiffre significatif dans la suite $(2^n)_{n \in \mathbb{N}}$ est égale à $\log_{10}(1+\frac{1}{c})$.[small]

    * Plus rigoureusement : fréquence asymptotique, définie comme limite lorsqu'elle existe de la fréquence parmi les $n$ premiers termes lorsque $n$ tend vers l'infini.[/small]

    En fait, on peut méga-généraliser en disant que bon nombre de suites $(u_n)_{n \in \mathbb{N}}$ « qu'on trouve dans la nature » suivent la loi forte de Benford en base $b$ (quelque soit $b>1$), c'est-à-dire que $\big(\{\log_b(u_n)\}\big)_{n \in \mathbb{N}}$ est une suite équidistribuée dans ${[0 \,; 1[}$.
  • Bonjour,

    J'apprécie beaucoup pour sa symétrie, sa concision et en fin de compte sa beauté formelle, la propriété suivante :

    Pour tous $x, y$ réels $> 0$,

    $x^y + y^x > 1$

    Et merci à Poirot pour la "latéxisation", d'ailleurs en y regardant de plus près je vais peut-être changer d'avis sur Latex (chez moi j'utilise Mathtype), s'il suffit de mettre quelques $ de plus (comme dans le western spaghetti) pour avoir une belle typographie, alors pourquoi pas.
  • Une ou deux fois par an j'assiste à un séminaire étudiant en Pologne. Marcin Swieca y a montré que $x^y+y^x>1$ pour $0<x,\,y<1$ ainsi, par concavité de la fonction $\log$
    \begin{align*}
    (1-x)\log y+x\log 1<\log ((1-x)y+x)&\Rightarrow \frac{y}{x+y-xy}<y^x \\
    &\Rightarrow \frac{x}{x+y-xy}<x^y \\
    &\Rightarrow 1<\frac{x+y}{x+y-xy}<x^y+y^x.
    \end{align*}
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