Établissement

Collège Robespierre
Epinay

Professeurs

Morgane Giampietri
Alexandre Reboussin

Chercheur

Cyril Banderier
CNRS/Université de Paris 13

Élèves

Floriane Dolithé   Olufemi Ajayi
Nelly Houbion   Walà Abdenhamid
Fanny Caucheteux   Nora Hamdi
Myriam Mektane   Khartoum Cissé
Tiphaine Huet

Sujets

Quelques paradoxes géométriques & numériques
Occurrences auto-référentes.



sujet nº 1 :  Quelques paradoxes géométriques & numériques  [animation]
Nombre d'élèves : 2
Élèves : Floriane Dolithé Olufemi Ajayi

Question 1 : D'où vient la différence?

Voici un carré de côté 8.
Son aire est donc de 64.
On découpe ce carré comme indiqué sur la figure ci-contre.
Nous obtenons 4 morceaux, deux à deux superposables, que nous plaçons dans un rectangle comme ci-dessous. N'hésitez surtout pas à construire et découper les morceaux pour vérifier
Le rectangle de 13 sur 5 a une aire de 65  !
Ne devrait-elle pas être de 64  ?

Que s'est-il passé  ?



Question 2 : Le triangle de Gardner


Quelles sont les pièces communes aux deux figures ?
Les deux figures ont-elles la même aire ? Pourquoi ?


Question 3 : Autres triangles de Martin Gardner...

Triangles rectangles ou isocèles avec des morceaux réarrangés de manière à former un triangle apparemment identique, mais avec un trou... à vous de jouer ! 

Un triangle rectangle avec un trou de 1 unité.

Un triangle isocèle avec un trou de 2 unités.


Question 4 : Le paradoxe des gradins
Prenons un triangle rectangle isocèle dont le côté de l'angle droit a pour mesure de longueur 1. Avec le théorème de Pythagore nous savons que son hypoténuse mesure , car le carré de l'hypoténuse est selon Pythagore  : 12 + 12 = 2. La somme des longueurs des 2 côtés de l'angle droit est 1  +   1   =   2.
Si nous construisons une ligne brisée avec des gradins en angle droit comme sur la figure ci-dessous, il est facile de conclure que sa longueur est toujours égale à 2 (les segments verticaux mis bout à bout ont une longueur de 1 et les horizontaux mis bout à bout ont aussi une longueur de 1). En réitérant le procédé, nous avons toujours une ligne brisée de longueur 2. Continuons indéfiniment à augmenter le nombre de gradins, nous obtenons une suite de lignes brisées qui se rapprochent de plus en plus de l'hypoténuse du triangle rectangle. On a bien envie de penser que la ligne brisée se confondra à la fin avec l'hypoténuse et donc que sa longueur sera celle de l'hypoténuse donc !

Nous aurions donc 2 = ?

On peut tracer la ligne brisée de nombreuses façons :
par exemple en commençant à l'angle en bas à gauche,
et en se déplaçant d'1/4 vers le haut,
1/2 vers la droite, 1/2 vers le haut,
1/2 vers la droite et 1/4 vers le haut.
Recommencer le procédé...
Alors la ligne brisée est répartie de chaque côté de l'hypoténuse. La longueur de la ligne est toujours égale à 2.


Expliquer où est l'erreur de raisonnement.

Question 5 : Le paradoxe de l'euro manquant



Trois amis vont au restaurant chinois et commande chacun un plat. Il y en a en tout pour 25 euros. Chacun donne dix euros et pour faire un compte rond, demande au serveur de rendre à chacun un euro et de se garder les deux euros restant comme pourboire.
Si on fait le calcul de ce qu'ils ont dépensé, chacun a dépensé 9 euros, soit 10 euros moins 1 euro rendu par le garçon. Ensemble ils ont donc dépensé 9 x 3 = 27 euros, et si on ajoute les 2 euros de pourboire laissés au serveur on retrouve 29 euros sur les 30 euros de départ.


Où est passé l'euro manquant ?

Question 6 : Le paradoxe des chameaux
(ou : le bédouin a la bosse des maths).


Un cheikh, père de trois fils, décède en laissant dix-sept chameaux en héritage à ses enfants.
Par testament, il avait légué :

  • la moitié de ses bêtes à l'aîné ;
  • le tiers au cadet ;
  • le neuvième au benjamin.

Le partage semblant impossible aux héritiers, un vieux sage bédouin vient à leur secours en leur proposant la solution suivante :
« Je vous donne mon chameau. Avec 18 animaux, le partage se fait aisément :
L'aîné aura 18 x 1/2= 9 , le cadet aura 18 x 1/3 = 6 et le benjamin aura 18 x 1/9 = 2.
Voilà, 9 + 6 + 2 = 17, il reste un chameau, c'est le mien, je le récupère et vous salue bien » .

Expliquer en quoi il y a un paradoxe.
Fabriquer toutes les variantes possibles de ce problème, sachant qu'on peut changer le nombre de chameaux, qu'il y a toujours trois fils et que toutes les fractions utilisées sont de type 1/n.
Par exemple, une variante possible est :
11 chameaux : 1/3 pour l'aîné, 1/3 pour le cadet et 1/4 pour le benjamin.

Commentaire de la rédaction :

Sur ce thème des paradoxes, en voici encore un, d'une autre nature :


source: http ://perso.wanadoo.fr/therese.eveilleau/

remonter


sujet nº 2 :  Occurrences auto-référentes.  [animation]
Nombre d'élèves : 7
Élèves : Nelly houbion Walà Abdenhamid Fanny Caucheteux Nora Hamdi Myriam Mektane Khartoum Cissé Tiphaine Huet

Le problème posé à la question 1 ci-dessous est souvent posé dans des concours de jeux mathématiques et logiques. Nous souhaitons ici étudier une généralisation de ce problème.
Nous verrons à cette occasion qu'un problème mathématique peut très bien avoir 0, une seule, ou plusieurs solutions, et que la notion d'arbre de choix (itération de la disjonction des cas) permet de parcourir tout un ensemble de possibilités. Ceci est souvent la base de divers algorithmes informatiques dits de « brute-force » (= on regarde tous les cas, ce que l'ordinateur peut souvent faire car il est rapide)), avec « backtrackage » (= retour en arrière quand on bloque).

Question 1 :
Remplacer chaque points de suspension par un nombre, de telle façon à ce que toutes les phrases dans le cadre deviennent vraies :

Ce cadre contient ... fois le nombre 1.
Ce cadre contient ... fois le nombre 2.
Ce cadre contient ... fois le nombre 3.
Ce cadre contient ... fois le nombre 4.

Question 2 : Trouver une deuxième solution à la question 1.
Question 3 : Montrer qu'il n'y a pas d'autre solution.
Question 4 : Comme à la question 1, mais avec 5 lignes :

Ce cadre contient ... fois le nombre 1.
Ce cadre contient ... fois le nombre 2.
Ce cadre contient ... fois le nombre 3.
Ce cadre contient ... fois le nombre 4.
Ce cadre contient ... fois le nombre 5.

Question 5 : Montrer que vous avez toutes les solutions.

Question 6 : Remplacer chaque points de suspension par un nombre, de façon à ce que toutes les phrases dans le cadre deviennent vraies (et trouver toutes les solutions):

Ce cadre contient ... fois le nombre 1.
Ce cadre contient ... fois le nombre 2.
Ce cadre contient ... fois le nombre 3.
Ce cadre contient ... fois le nombre 4.
Ce cadre contient ... fois le nombre 5.
Ce cadre contient ... fois le nombre 6.

Question 7 : Idem, avec 7 lignes.
Question 8 : Idem, avec 8 lignes.
Question 9 : Idem, avec 9 lignes.
Question 10 : Idem, avec 10 lignes.

Question 11 : Donner une définition de « chiffre » et de « nombre ».
Que se passe-t-il si l'on remplace nombre par chiffre à la question 9  ?
Que se passe-t-il si l'on remplace nombre par chiffre à la question 10  ?

Question 12 : Comment remplir « rapidement » la plupart des lignes d'un cadre de 100 lignes  ?
Question 13 : En général, si un cadre a n lignes, combien d'occurrence de 1 peut-il avoir  ?
Question 14 : Où se trouvent les « 1 », principalement  ?

Question 15 : Quel est le plus grand nombre qui puisse apparaître deux fois  ?
Question 16 : Quel est le plus grand nombre qui puisse apparaître k fois  ?

Question 17 : Ecrire un algorithme qui résout un cadre de n lignes.
Question 18 : Y a-t-il un cadre qui aurait 10 solutions  ?
Question 19 : Quel est le nombre maximum de solutions qu'un cadre puisse avoir  ?
Question 20 : Y a-t-il un cadre qui n'aurait pas de solution  ?

remonter




retour à la liste des ateliers 2006