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A
Coefficients binomiaux et triangle de Pascal
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Le triangle de Pascal (1623-1662) est un tableau de nombres qui permet de déterminer, par une relation de récurrence, les coefficients binomiaux \left(\begin{array}{l}
n \\ k \end{array}\right).
Le triangle est connu des mathématiciens bien avant Pascal (Perse au Xe siècle, Chine au XIIe siècle, etc.) mais
Pascal est le premier à proposer, dans son Traité du triangle arithmétique publié en 1654, un ensemble de résultats le concernant. Pour les démontrer, il s'appuie sur le principe de raisonnement par récurrence.
On rappelle que l'on écrit de nos jours : \left(\begin{array}{l}
n \\ k \end{array}\right)=\left(\begin{array}{l}
n-1 \\ k-1 \end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}
n-1 \\ k \end{array}\right).
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1
Quels sont les coefficients binomiaux présentés dans les cellules C et F du triangle de Pascal ?
2
Le programme ci-dessous rédigé en Python permet d'afficher le triangle de Pascal pour un nombre n de lignes demandé.
n = int(input("Nombre de rangs ?"))
l = []
for i in range(n) :
l.append(1)
print(l)
for k in range(2, n+1) :
for i in range(1,n+1-k):
l[i] = l[i-1]+l[i]
del l[n+1 - k]
print(l)
À quoi correspondent les variables n et k dans le tableau ?
3
Tester le programme pour différentes valeurs de n. Comment retrouve-t-on le triangle donné en exemple par Pascal ?
4
Que permet d'afficher le code entre les lignes 4 et 6 ?
5
Examiner les lignes 8 à 12 : que représentent les indices \text{i} et k par comparaison avec le tableau de Pascal ?
6
À partir de cet algorithme, en construire un autre
permettant de calculer \left(\begin{array}{l}
n \\ k \end{array}\right).
Remarque
Python permet de travailler directement avec des variables de type matrice. Un autre algorithme les
utilisant est présenté dans le
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B
Un produit extérieur
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En 1765, Euler établit un résultat de géométrie à propos de l'alignement du
centre de gravité, de l'orthocentre et du centre circonscrit d'un triangle. Pour
arriver à ses fins, Euler utilise des calculs de coordonnées. Sa démonstration
tient sur vingt pages et est publiée dans un ouvrage du nom de Solution
Facile à Certains Problèmes Très Difficiles ! La notion de vecteur n'existait pas... Hermann Grassmann publie en 1844 son Die Lineale Ausdehnungslehre. Même
si, sur le moment, cet ouvrage ne reçoit pas beaucoup d'échos, il a le mérite
de proposer, pour la première fois, un algèbre d'ordre nouveau basé sur les
vecteurs. Ce sera la naissance des espaces vectoriels. Les vecteurs existent de
façon autonome et leurs résultats peuvent être appliqués à de nombreuses
théories mathématiques, allant de la géométrie à l'informatique en passant
par les polynômes. Malgré l'apparition d'une géométrie sans figure, de
nombreuses démonstrations tiennent maintenant en quelques lignes.
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Hermann Grassmann (1809-1877).
Voici des exemples d'axiomes.
Soient a, b et c trois vecteurs et \alpha et \beta deux réels.
La somme a + b est définie de façon unique ainsi que le produit \alpha a par les propriétés suivantes :
commutativité :a + b = b + a ;
associativité :(a+b)+c=a+(b+c) ;
il existe un unique vecteur d tel que a + d = b. On note alors d = b - a ;
élément neutre de l'addition :0 + a = a ;
distributivité :(\alpha+\beta) a=\alpha a+\beta a et \alpha(a+b)=\alpha a+\alpha b ;
associativité du produit :\alpha(\beta a)=(\alpha \beta) a ;
élément neutre du produit :1a = a.
Dans ce qui suit, on présente un autre type de produit entre deux vecteurs appelé produit extérieur.
On note a \otimes b le produit extérieur de a par b, représenté par l'aire orientée du parallélogramme engendré par les vecteurs a et b.
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L'aire est orientée signifie que a \otimes b=-b \otimes a.
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1
Expliquer pourquoi a \otimes a=0.
2
Démontrer les trois propriétés suivantes en s'appuyant sur des considérations géométriques. a)a \otimes(\alpha b)=\alpha(a \otimes b) où \alpha \in \mathbb{R}.
b)a \otimes(b+c)=(a \otimes b)+(a \otimes c).
c)(a+b) \otimes c=(a \otimes c)+(b \otimes c).
3
Quelle propriété traduit l'égalité a \otimes b=0 ? Justifier.
Remarque
En donnant un autre mode de
calcul à ce produit extérieur pour caractériser
cette fois l'orthogonalité entre deux vecteurs
de l'espace et en le notant a \cdot b, Willard Gibbs
désignera de fait notre actuel produit scalaire.
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