La méthode de Cardan et les imaginaires
On a vu ci-dessus que la méthode de Cardan am`ene `a extraire des racines cubiques de nombres complexes. Encore faut-il montrer que c'est possible et dire
Les formules de Cardan : résolution des équations du troisième degré
II) Une présentation des idées sur les équations de degré 2. Voici un court rappel de la méthode qui a conduit à la formule du discriminant pour les polynômes
LA MÉTHODE DE CARDAN
Cardan prof - 1. LA MÉTHODE DE CARDAN. Auteur : Christian Vassard. TI-83 Premium CE. Fichiers associés : formule de Cardan_eleve.pdf CARDAN.8xp
La démonstration de la formule de Cardan Historique
Sa méthode de résolution des équations du troisième degré a pour conséquence l'émergence des nombres imaginaires qui deviendront nos nombres complexes au
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méthode géométrique expliquée en langage courant dans le roman Le maître des avoir transmis à CARDAN sous le sceau du secret sa méthode pour résoudre ...
LA MÉTHODE DE CARDAN
LA MÉTHODE DE CARDAN. TI-83 Premium CE. 1. Objectifs. • Comprendre les problèmes calculatoires qui ont poussé les algébristes de la Renaissance Italienne à.
Une vision géométrique de la méthode de Ferrari pour résoudre les
//www.math.u-psud.fr/~perrin/CAPES/algebre/Cardan10.pdf). Dans la foulée de Cardan l'un de ses él`eves
Résolution des équations de degré 3 par la méthode de “Cardan”
Introduction: D'un point de vue historique le nom de cette méthode semble usurpé puisque le mathématicien français du XVI`eme si`ecle Cardan qui l'a
Polynômes
Cette méthode que Tartaglia voulait garder secrète sera quand même publiée quelques années plus tard comme la « méthode de Cardan ».
Combien de solutions pour une équation du troisième degré
14- Calcul d'aires: Méthode de SIMPSON et Méthode de HERMITE Jérôme CARDAN donne une étude complète de la résolution algébrique des.
La m ethode de Cardan et les imaginaires
La m ethode de Cardan et les imaginaires Daniel PERRIN 1 La m ethode de Cardan Il s’agit d’une m ethode de r esolution exacte des equations du troisi eme degr e par radicaux" analogue de la r esolution de l’ equation du second degr e ax2 +bx+c= 0 par la formule x= b+ p b2 4ac 2a mais qui fait intervenir des racines carr ees et cubiques
Les formules de Cardan : résolution des équations du - Free
La méthode de Cardan imaginée et mise au point par Jérôme Cardan dans son ouvrage Ars Magna publié en 1545 est une méthode permettant de résoudre toutes les équations du troisième degré Cette méthode permet de mettre en place des formules appelées formules de Cardan donnant en fonction de p
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Méthode Cardan L’idée de Cardan est de remplacer l’inconnue x par deux autres inconnues u et v telles que x = u+v Il remarque en effet que (u+v) 3= u +3u2v+3uv2 +v3 (u+v)3 = 3uv(u+v)+u3 +v3 Si l’on pose ˆ 3uv = p u3 +v3 = q on constate que u+v est bien solution de l’équation x3 = px +q 2
Réduction Du Nombre de Coefficients
Tout d’abord, on pose X=x?a3X= x -dfrac{a}{3}X=x?3a?. On se retrouve alors avec l’équation : L’équation est alors de la forme Pour la suite, on remplacera la notation “X” par “x”.
La Méthode en Question
Entrons dans le dur de la méthode de Cardan. On cherche x de la forme x=u+vx = u+ v x=u+v. On a alors : Nous allons maintenant imposer 3uv+p3uv+p 3uv+p= 0 On a alors : 1. u3+v3=?qu^3 + v^3 = -q u3+v3=?q 2. 3uv+p=0 ? uv=?p3 ? u3v3=?p3273uv+p = 0 iff uv = dfrac{-p}{3} iff u^3v^3 = dfrac{-p^3}{27}3uv+p=0?uv=3?p??u3v3=27?p3? Ainsi u3u^3 u3 et v3v^3...
Racines Cubiques
Posons j=ei2?3j = e^{i frac{2pi}{3}}j=ei32??. On a : 1. j3=1j^3 = 1 j3=1 2. j2=j?j^2 = bar{j}j2=j?? 3. j2+j+1=0j^2 + j +1 = 0j2+j+1=0 Soit z un nombre complexe. Si on connait r tel que r3=zr^3 = z r3=z alors x=jrx= j r x=jr et y=j2ry=j^2 r y=j2r vérifient aussi x3=zx^3 = z x3=z et y3=zy^3 = z y3=z
Qu'est-ce que la méthode de Cardan?
La méthode de Cardan, imaginée et mise au point par Jérôme Cardan dans son ouvrage Ars Magna publié en1545, est une méthode permettant derésoudre toutes les équations du troisième degré.Cette méthode permet de mettre en place des formules appeléesformules de Cardandonnant en fonction depetqles solutions de l’équationx3+px+q= 0.
Qui a inventé la formule de Cardan ?
En 1547, Cardan publia Arts Magna (Le Grand Art) bien connu pour contenir la démonstration de la méthode algébrique permettant de résoudre les équations du 3 e et 4 e degré. Depuis lors, la formule de résolution des équations du 3 e degré s’appelle formule de Cardan. Tartaglia fut furieux quand il découvrit que Cardan avait transgressé sa promesse.
Comment démonter un cardan ?
Une fois la roue déposée, désaccouplez le triangle de suspension, la fusée puis la tête de cardan du moyeu avant de démonter le cardan lui-même. Votre nouveau cardan en main, vérifiez bien qu’il est de la même longueur que l’original et pour les véhicules concernés, que la couronne ABS est également identique.
Quel est le rôle de Cardan dans la résolution des équations du 3 e degré ?
Cardan insère la résolution des équations du 3 e degré dans un cadre algébrique qui permet de comprendre la méthode et fait d’énormes progrès grâce à la méthode de Tartaglia et l’aide de Ferrari comme la résolution des différents cas cubiques.
Les formules de Cardan :
résolution des équations du troisième degréI) Historique
La méthode de Cardan, imaginée et mise au point par Jérôme Cardan dans son ouvrage Ars Magna publié en
1545, est une méthode permettant de
résoudre toutes les équations du troisième degré.Cette méthode permet de mettre en place des formules appeléesformules de Cardandonnant en fonction dep
etqles solutions de l"équation x3+px+q= 0.Elle permet de prouver que
les équations de degré 3 sont résolubles par radicaux: les solutions s"expriment enfonction des coefficients du polynôme en utilisant seulementles quatre opérations habituelles (+- ×et÷), et
l"extraction de racines carrées, et de racines cubiques.On sait déjà que les solutions d"une équation du second degréde la formeax2+bx+c= 0sont de la forme
x=-b+⎷2aetx=-b-⎷
2a, oùΔ =b2-4acest le discriminant de l"équation, sous la condition queΔ>0.
Les solutions s"expriment donc à l"aide des coefficientsa,betcsous forme d"expressions utilisant seulement les
quatre opérations habituelles sur les nombres rationnels (+- ×et÷), et l"extraction de racine carrée.
L"objet des recherches des mathématiciens italiens de la Renaissance était de trouver des formules analogues
pour tout polynôme de degré 3, de la formeax3+bx2+cx+d= 0.Nous montrerons comment l"équation généraleax3+bx2+cx+d= 0peut se ramener à une équation "plus
simple" de la formex3+px+q= 0(qui n"a pas de terme enx2) à l"aide d"un changement de variable,puis nous étudierons comment résoudre une telle équation par l"utilisation d"une forme "canonique". Pour bien
comprendre le raisonnement, dans le paragraphe suivant, nous allons rappeler les idées développées lors de
l"étude des polynômes de degré deux, puis nous expliqueronsla méthode pour les polynômes du troisième degré.
II) Une présentation des idées sur les équations de degré 2Voici un court rappel de la méthode qui a conduit à la formule du discriminant pour les polynômes du second
degré, cette méthode sera réutilisée pour les équations de degré 3 :Cas particulier :
On sait résoudre les équations de la formex2-q= 0: les solutions sontx=⎷ qetx=-⎷qsiq≥0.Cas général :
Si on a une équation générale du second degréax2+bx+c= 0alors on se ramène à une équation de la forme
précédente en posant un changement de variable: en effet, on a les équivalences suivantes ax2+bx+c= 0??a?
x 2+b ax+ca? = 0??x2+bax+ca= 0 que l"on peut encore écrire avec la forme canonique, x+b 2a? 2 -b2-4ac4a2= 0. On a donc, en posant le changement de variableX=x+b2a, l"équationX2-?
2a? 2 = 0, c"est à dire une équation du type précédent si on poseq=? 2a? 2 ,q≥0. On en déduitX=⎷2aouX=-⎷
2a.Et sachant quex=X-b
2a, on obtient les formules classiques :x=-b+⎷
2aoux=-b-⎷
2a.III) Présentation de la méthode générale pour une équation du troisième degréax3+bx2+cx+d= 0
Soit donc un polynôme du troisième degré,ax3+bx2+cx+d= 0, aveca?= 0.On peut écrirea?
x 3+b ax2+cax+da? = 0. Et on peut obtenir via la forme canonique du développement d"un cubea? x+b 3a? 3 +p? x+b3a? +q? = 0, en posantp=-b23a2+caetq=b27a?2b2a2-9ca?
+da.Exercice :
Développer l"expressiona?
x+b3a? 3 +p? x+b3a? +q? oùp=-b23a2+caetq=b27a?2b2a2-9ca?
+da, et montrer que l"on obtient bien la formeax3+bx2+cx+d.À partir de l"équationa?
x+b 3a? 3 +p? x+b3a? +q? = 0, on peut poser le changement de variable X=x+b3a, et on obtienta?X3+pX+q?= 0. Cette équation est donc équivalente àX3+pX+q= 0.
Exercice :
Considérons l"équation du troisième degré6x3-6x2+ 12x+ 7 = 0.Donner les valeurs dea,b,cetd.
PoserX=x+b
3a=x-13, c"est à dire remplacerxparx=X+13, et montrer qu"on obtient l"équation
suivante :54X3+ 90X+ 95 = 0. IV) Présentation de la méthode de résolution de l"équationx3+px+q= 0Ainsi donc, une équation quelconque de degré trois peut se ramener à une équation de la formex3+px+q= 0.
On va maintenant poserx=u+v, avecuetvréels, de façon à avoir deux inconnues au lieu d"une et se
donner ainsi la possibilité de poser ultérieurement une condition suruetvpermettant de simplifier le problème.
L"équation devient ainsi(u+v)3+p(u+v) +q= 0.
Cette équation se transforme sous la forme suivante :u3+v3+ (3uv+p)(u+v) +q= 0.Exercice :
Développer l"expressionu3+v3+ (3uv+p)(u+v) +q, et montrer que l"on obtient bien la forme(u+v)3+ p(u+v) +q= 0.La condition de simplification annoncée sera alors3uv+p= 0. Ce qui nous donne d"une l"équationu3+v3+q= 0.
Et la condition de simplification3uv+p= 0implique queuv=-p3; expression qui, en élevant les deux membres
à la puissance 3, donneu3v3=-p3
27.Nous obtenons finalement le système somme-produit des deux inconnuesu3etv3suivant :? ?u
3+v3=-q
u3v3=-p3
27On peut poser les inconnuesU=u3etV=v3, on connaît alors la somme et le produit deUetV?
?U+V=-qUV=-p3
27doncUetVsont les racines du polynôme du second degréZ2+qZ-p327.
Le discriminant de cette équation estΔ =q2+427p3, et en supposant queΔ≥0les racines sont
U=u3=-q+⎷
2etV=v3=-q-⎷
2On extrait alors des racines cubiquesu=3?
-q+⎷Δ2etv=3?
-q-⎷Δ2. On a alorsx=u+vdonc
x=3?-q+⎷Δ 2+3? -q-⎷Δ 2 c"est cette formule qui fait partie des formules de Cardan.V) Quelques exemples concrets
Exemple 1
(sous forme d"exercice guidé pour comprendre les étapes du raisonnement précédent) Considérons l"équation du troisième degré6x3-6x2+ 12x+ 7 = 0.1.En identifiant les coefficients avec la formule généraleax3+bx2+cx+d= 0, donner les valeurs dea,b,
cetd.2.PoserX=x+b
3a=x-13, c"est à dire remplacerxparx=X+13, et montrer qu"on obtient l"équation
équivalente suivante :54X3+ 90X+ 95 = 0.
3.Poser alors :X=u+v, et montrer qu"on obtient l"équation54(u3+v3) + (162uv+ 90)(u+v) + 95 = 0.
4.Écrire la condition de simplification; donner alors le système d"équation somme-produit portant suru3et
v 3.5.u3etv3sont donc les racines d"un polynôme de degré2, écrire ce polynôme. En déduire queu3=5
54etv 3=-50
27(ou dans l"ordre inversev3puisu3).
6.Le couple(u,v)est donc égal àu=3?
554=133?
52etv=-3?
5027=-133⎷50.
Trouver les valeurs deXpuis dex.
Solution de l"exemple 1:
1.En identifiant les coefficients avec la formule généraleax3+bx2+cx+d= 0, l"équation6x3-6x2+12x+7 = 0
a pour coefficientsa= 6,b=-6,c= 12etd= 7.2.En posantX=x+b
3a=x-13, c"est à dire en remplaçantxparx=X+13, on obtient l"équation
6 X+1 3? 3 -6? X+13? 2 + 12X+ 11 = 0. Soit6X3+ 10X+959= 0. Et en multipliant par9pour ne plus avoir de fractions, on obtient l"équation équivalente54X3+ 90X+ 95 = 0.3.En posant alors :X=u+v, on obtient l"équation54(u+v)3+90(u+v)+95 = 0. Qui par développement
donne54u3+ 162u2v+ 162uv2+ 54v3+ 90u+ 90v+ 95 = 0.Mais le développement de l"équation54(u3+v3)+(162uv+90)(u+v)+95 = 0donne la même équation.
Donc l"équation à résoudre est :54(u3+v3) + (162uv+ 90)(u+v) + 95 = 0.4.L"équation à résoudre est :54(u3+v3) + (162uv+ 90)(u+v) + 95 = 0.
La condition de simplification sera donc :162uv+ 90 = 0; c"est à direuv=-5 9. Le système d"équation somme-produit portant suru3etv3est :? ?u3+v3=-95
54u
3v3=?-5
9? 3 =-1257295.On cherche doncuetvtels que?
?u3+v3=-9554
u3v3=-125
729;u3etv3sont donc les racines deZ2+95
54Z-125729.
Le discriminantΔestΔ =1225
324=3518,Δ>0donc les deux racines de cette équation sont :u3=554et
v 3=-50 27.6.On a doncX=u+v=1
3? 3? 52-3⎷50?
Et on obtient finalement une solution de l"équation que l"on s"était donné de résoudre : x=X+1 3=13? 3? 52-3⎷50 + 1?
Exemple 2(mise en pratique de la méthode en utilisant les formules trouvées)Considérons l"équation :x3-6x2+ 9x-1 = 0.
En identifiant les coefficients avec la formule généraleax3+bx2+cx+d= 0, l"équationx3-6x2+ 9x-1 = 0
a pour coefficientsa= 1,b=-6,c= 9etd=-1.En posantX=x+b
3a=x-2, c"est à dire en remplaçantxparx=X+2, on obtient l"équationX3-3X+1 = 0.
On ap=-3etq= 1, donc on chercheuetvtels queX=u+v, avecu3v3=-p327= 1etu3+v3=-q=-125
doncu3etv3sont racines de l"équationZ2+Z+ 1 = 0. Le discriminant estΔ =-3,Δ<0donc on est bloqué.Cependant, on voit bien en traçant le graphe de la fonction qu"il existe trois solutions réelles :
±15±10±55
1015±1 1 2 3 4 5
xLes mathématiciens cherchèrent donc une façon de les trouver avec les mêmes formules (dites de Cardan), et
furent amenés à essayer de considérer⎷ Δ =⎷-3dans leur équation, afin de poursuivre leurs calculs...Exemple 3(exemple historique)
Dans l"exemplex3= 15x+ 4ou bienx3-15x-4 = 0, on ap=-15etq=-4, donc :u3v3=-p327= 125et
u3+v3=-q= 4doncu3etv3sont racines de l"équationZ2-4Z+125 = 0, dont les racines réelles n"existent
pas puisqueΔ<0. Pourtant, il y a bien une solution réellexà l"équation initiale; c"estx= 4. C"estBombelli(un contemporain de Cardan) qui surmonta cette difficulté en proposant pour la première fois
un calcul sur les nombres "imaginaires". La résolution "formelle" de l"équationZ2-4Z+ 125 = 0donne pour
racinesu3= 2 +⎷ -121 = 2 + 11⎷-1etZ= 2-⎷-121 = 2-11⎷-1, or Bombelli s"aperçoit que le cube de2 +⎷
-1vaut2 + 11⎷-1(cf calcul(?)) et que le cube de2-⎷-1vaut2-11⎷-1.Il en déduit queu= 2 +⎷
-1et quev= 2-⎷-1et il trouve bien comme solution finalex=u+v= 4. Ainsi, en s"autorisant des calculs avec un nombre "imaginaire"⎷ -1, Bombelli a su trouver des solutions réelles. (?)Détail du calcul pour justifier que?2 +⎷-1?3= 2 + 11?⎷-1?: Sachant que(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3, on a :?2 +⎷ -1?3= 23+3(2)2?⎷-1?+3(2)?⎷-1?2+?⎷-1?3.Sachant que?⎷
-1?2=-1et donc?⎷-1?3=-?⎷-1?, on obtient que?2 +⎷-1?3= 23+ 3(2)2?⎷-1?+ 3(2)?⎷-1?2+?⎷-1?3= 8 + 12?⎷-1?-6-?⎷-1?= 2 + 11?⎷-1?.
Exercice : de même, sachant que(a-b)3=a3-3a2b+3ab2-b3, montrer que l"on a :?2-⎷ -1?3= 2-11?⎷-1?Cependant, quel sens donner à
-1, quelles règles de calcul pouvait on lui appliquer? Ce fut l"objet de nom-breuses discussions et controverses... (cf paragraphe suivant sur l"histoire des nombres imaginaires).
VI) Prolongement historique
VI-1) Prolongement historique sur équations polynomialesOn raconte que la méthode de Cardan fut précédemment découverte par le mathématicien italien Tartaglia.
À cette époque, les mathématiciens se lançaient des défis pour résoudre des équations du troisième degré et
Tartaglia les résolvait toutes. Intrigué, Cardan lui demanda s"il n"aurait pas trouvé une méthode systématique.
Après s"être fait prier et avoir reçu l"assurance que Cardan ne les dévoilerai à personne, Tartaglia les lui confia.
Quelle ne fut pas sa surprise (et sa fureur) de voir Cardan lespublier en 1545. On appelle désormais souvent
ces formules les formules de Tartaglia-Cardan.Seules les équations de degré 1, 2, 3, 4 sont génériquement résolubles par radicaux, c"est-à-dire que seules ces
équations possèdent des méthodes générales de résolutionsdonnant les solutions en fonction des coefficients du
polynôme en utilisant seulement les quatre opérations habituelles, et l"extraction de racines carrées, cubiques et
quartiques.Pour le degré 4, la méthode de Descartes (1596-1650) est la plus utilisée (voir l"article de wikipédia), mais le
premier à avoir trouvé une méthode pour certaines équationsde degré 4 fut Ludovico Ferrari (1522-1565), élève
de Cardan. Lethéorème de d"Alembert-Gaussaffirme que dans le corps des complexes (i.e l"ensemble des nombre imagi-
naires), tout polynôme de degrén,n≥1, admet exactementnracines (éventuellement multiples). Ce théorème
fut énoncé pour la première fois par Albert Girard (1595-1632) qui, sans le démontrer, l"énonça en 1629 dans
son "Invention nouvelle en l"Algèbre". Jean le Rond d"Alembert en donna une démonstration presque complète
en 1743 dans son "Traité de dynamique". Carl Friedrich Gaussen donna la première démonstration rigoureuse
au début du XIXèmesiècle.
Mais le fait qu"il existe des solutions ne fut pas démontré entrouvant des formules explicites mais en prouvant
de façon théorique leur existence. C"est le mathématicien norvégien Niels HenrikAbel(1802-1829) qui démontra
à l"âge de 22 ans (en 1824) que la résolution des équations algébriques de degré 5 est impossible par radicaux.
Et ainsi, il mit fin à cette question qui restait en suspens depuis de nombreux siècles. VI-2) Prolongement historique sur les nombres complexesAinsi, en étudiant les équations de degré 3, les mathématiciens ont introduit un nombre⎷-1tel que?⎷
-1?2=-1, c"est à dire un nombre solution de l"équationx2=-1. Ce nombre est non réel (puisqu"un carré est toujours positif). Il fut appelé nombre imaginairepar Léonard Euler et il introduisit la notation ià la place de⎷-1en 1777 pour plus de facilité dans les calculs et de clarté visà vis de cette nouvelle notion et des règles de calcul afférentes.En effet, des objections sur la validité de leur "existence" sont nées à cause de problèmes rencontrés dans les
calculs; par exemple voici une des critiques faites :-1est un "nombre" qui vérifie?⎷-1?2=-1. Cependant,⎷-1×⎷-1 =?(-1)2=⎷1 = 1. Donc-1 = 1,
ce qui est pour le moins embêtant... on s"interdira donc d"utiliser⎷ -1sous peine de faire de telles erreurs.C"est à cause de tels "problèmes" que longtemps les mathématiciens hésitèrent à utiliser ces "nombres", et
hésitèrent sur les "règles de calcul" valides. Ils utilisèrent ce nombre plus comme un "artifice" de calcul qui leur
permettait de trouver des solutions réelles aux équations. Lesnombres complexes(nom moderne pour les nombres imaginaires) ont une application directe en géométrie
plane, et c"est lorsque ce lien entre calcul et géométrie s"est fait que les nombres complexes acquirent leur
statut définitif et que leur usage s"est généralisé en mathématiques. Ils sont désormais incontournables pour
comprendre la structure de l"algèbre, de l"analyse des fonctions et de très nombreux sujets mathématiques et
physiques.Le mathématicien suisse
Argand(1768-1822) introduit en 1806 la représentation plane des nombres complexes.Cette dernière est faite avant lui par
Wessel(1745-1818) dans l"article "Sur la représentation analytique d"unedirection" qui associe à tout nombre complexe un vecteur d"origineO, le centre du repère, et interprète sur ces
vecteurs les opérations élémentaires sur les complexes. Cette publication passe cependant inaperçue à l"époque
et les travaux de Wessel ne seront retrouvés qu"en 1897.Il failli en être de même du traité d"Argand "Essai sur une manière de représenter les quantités imaginaires"
publié à Paris en 1806. Il y expose sa façon de représenter le complexeicomme une opération de rotation
d"un angle droit autour de l"origine et il interprète géométriquement les opérations sur les nombres complexes.
Cet essai tombe aussi dans l"oubli jusqu"à ce qu"un certain François Français, professeur à l"école impériale del"Artillerie et du Génie, qui développe la même notion en y ajoutant une notation exploitable. Il reconnaît que
l"idée n"est pas de lui et en recherche son auteur. Il s"ensuit alors une correspondance entre les deux hommes,
ces conceptions furent donc diffusées à la suite d"une polémique à ce sujet en 1813-1814 dans "Les annales de
Gergonne" (première revue mathématique). Par la suite Gauss (1777-1855) et Cauchy (1789-1857) compléteront
les recherches effectuées et adopteront cette représentation.Références de documents sur internet
voici une liste de pages web à visiter pour de plus amples informations : Voici une galerie de portraits des grands mathématiciens cités :Cardan (1501-1576)
mathématicien, philosophe, inventeur, et médecin italien.Tartaglia (1499-1557)
mathématicien italien.Descartes (1596-1650)
mathématicien, physicien et philosophe françaisJean Le Rond d"Alembert (1717-1783)
mathématicien et philosophe françaisCarl Friedrich Gauss (1777-1855)
mathématicien, astronome et physicien allemandLeonhard Euler (1707-1783)
mathématicien et un physicien suisse.Niels Abel (1802-1829)
mathématicien norvégienAugustin Louis Cauchy (1789-1857)
mathématicien français, membre de l"Académie des sciencesquotesdbs_dbs27.pdfusesText_33[PDF] cours régulation pdf
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