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| Équation polynomiale/Équation du premier degré | La démonstration de ce résultat est simple :: Or ''a'' étant non nul, il vient :: | |
| Polynôme/Définitions | Montrons que l'écriture est unique.Soit et . Supposons que et .En particulier, si , et donc .Sinon, pour tout , on a alors : et , donc * si , * sinon, on a donc , i.e. et ainsi . Soit .Par définition, est inversible, donc il existe tel que . | |
| Topologie générale/Espace métrique | Supposons ouvert, on peut donc écrire .Soit , il existe donc tel que ,posons alors alors En effet, soit , alors et . . On a donc bien la propriété recherchée.Réciproquement, supposons que A vérifie la propriété précédente. On a alors évidemment , ce qui montre que A est ouvert. | |
| Topologie générale/Connexité | * réflexivité : pour tout , est relié à par le chemin constant égal à ;* symétrie : si est relié à par un chemin , alors est reliée à par le chemin ;* transitivité : si est relié à par et est relié à par alors est relié à par | |
| Ensemble (mathématiques)/Définitions | * Soient , et trois ensembles.:Supposons et :Soit , on a (car ):De même comme et on a :Donc d'où * Soient et deux ensembles.:Notons . est l'ensemble des éléments qui appartiennent à la fois à et à (en fait ).:Remarquons que :: :De même on a :: :On a ainsi montré :: | |
| Calcul avec les nombres complexes/Écriture exponentielle et trigonométrique | . car et . Au final : . | Démonstration |
| Arithmétique/Divisibilité et congruences dans Z | et
avec Soient dans tels que : et Alors ,
'''(1)''' (avec | Démonstration de l'unicité du couple (q, r) Démonstration de la seconde définition |
| Arithmétique/PGCD | d désigne un diviseur commun à a et b. De , on en déduit que d divise r. Ainsi tout diviseur commun à a et b est un diviseur commun à b et r. Réciproquement, d' désigne un diviseur commun à b et r. De , on déduit que d' divise a. Ainsi tout diviseur commun à b et r est un diviseur commun à a et b. En conclusion, a et b ont les mêmes diviseurs communs que b et r donc Si avec , alors (car ).Donc est le reste de la division de par d'après l'unicité de l'écriture. Avec les notations utilisées au paragraphe [[#Algorithme d'Euclide]] et en multipliant chaque membre des égalités par , on obtient : tel que . De même, tel que .Donc : Or | |
| Arithmétique/Théorèmes de Bézout et Gauss | ''' Théorème de Bézout''''''''Enoncé:''''' Soit (a,b) ∈ N* × N*. Alors,(a et b sont premiers entre eux) (⇔) ∃ (u,v)∈Z{{exp|2}} tq au+bv=1 .Bien entendu, le théorème peut être généralisé à Z* × Z*. '''''Démonstration:''''' ⇒) Dans un premier temps, supposons qu'a et b sont premiers entre eux, et montrons que l’on peut trouver u et v dans ℤ tq au+bv=1.Définissons pour cela l’ensemble U={z∈N tq ∃(u,v)∈ Z{{exp|2}}, z=au+bv}. U⊆N et admet donc un plus petit élément non nul que nous noterons z0. z0∈ U ⇒ ∃ (u0 ,v0) ∈ Z{{exp|2}} tq z0 = a u0+bv0 .Il est évident qu'a et b appartiennent à U [(u,v)= (1,0) pour a et (0,1) pour b], avec a≥z0 et b≥z0. Soient q et r respec | Démonstration {{numéro}}2 du Théorème de Bézout |
| Équation différentielle/Équation différentielle du deuxième ordre | Soit S₀ l'ensemble des solutions de , et soit , t₀ un système de conditions initiales.On pose , l'application linéaire qui va de vers S₀. est un isomorphisme (d'après le théorème d'existence et d'unicité),donc on a dim =dim S₀ = 2. Le principe de cette démonstration est de démontrer l'équivalence de la négation de ces propositions:sont équivalentes les propositions suivantes :# x₀ et x₁ sont linéairement '''dépendantes'''# # Posons . est une application linéaire, car est une équation différentielle linéaire.L'équation différentielle devient alors : Soit y₀ une solution particulière de , on a alors Soit , car application linéaire.On a donc : On a de plus dim S = dim S₀ = 2, d'où le résultat. | Démonstration de la dimension Démonstration |
| Approfondissement sur les suites numériques/Convergence | Soit une suite convergente, supposons que la suite possède deux limites distinctes et d'après la définition de la limite on peut affirmer que: et donc on a en additionnant et on a d'après l'inégalité triangulaire en intégrant à on obtient Soit convergeant vers et soit (peu importe la valeur de pour que la démonstration marche). On a donc bien prouvé que était bornée mais cela qu'à partir du rang . Manquent les termes précédents. Mais est un ensemble '''fini'''.On est ainsi sur que existe et donc si l'on pose , on est sur que : Donc est born | |
| Résistance et impédance/Loi d'Ohm | Si aucun courant ne circule dans le voltmètre, ce qui ne peut être vrai que si ce dernier affiche 0, et que la tension d'alimentation du montage vaut U:La tension du point C vaut : La tension du point B vaut : Si le voltmètre indique 0, alors donc d'où donc soit et enfin | |
| Logique (mathématiques)/Complétude de la logique du premier ordre | (i) est obtenu à partir de la formulation initiale du théorème par contraposition.On se donne un ensemble infini dénombrable, ordonné par les entiers positifs, de propositions atomiques, toutes distinctes, ''p''(1), ''p''(2), ''p''(3)…Un modèle initial de longueur ''n'' contient ou bien ''Vp''(''i'') ou bien ''Fp''(''i''), mais pas les deux, pour tout ''i'' de 1 à ''n''.Comme une proposition ''q'' ne contient qu’un nombre fini de propositions atomiques, il y a toujours un nombre max(''q'') tel que ''p''(max(''q'')) a au moins une occurrence dans ''q'' mais ''p''(''n'') n’a pas d’occurrences dans ''q'' pour ''n''>max(''q'').Si une proposition q est vraie dans tous les modèles (initiaux) de longueur égale à max(''q'') alors elle est vraie dans tous les modèles où sa vérité est définie, parce que les propositions p(''n'') pour ''n''>max(''q'') n’ont pas d’influenc | |
| Géométrie symplectique/Géométrie symplectique linéaire | Procédons par récurrence sur la dimension de ''E''.* Initialisation : en dimension 0, la seule forme bilinéaire sur l'espace nul est l'application nulle, la seule base est la famille vide et le résultat s'applique (avec r = 0 et k = 0).* Supposons le résultat démontré jusqu'à la dimension n-1. ** Si ''a'' est la forme nulle, alors le noyau de ''a'' est ''E'' ; et toute base de ''E'' convient. Sinon, fixons un vecteur ''X''₁ de ''E'' qui ne soit pas dans le noyau de ''a''. Choississons un vecteur ''Y''₁ tel que ''a''(''X''₁,''Y''₁) soit non nul. Quitte à modifier ''Y''₁ en ''Y''₁/''a''(''X''₁,''Y''₁), on est en droit de supposer ''a''(''X''₁,''Y''₁)=1. Les vecteurs ''X''₁ et ''Y''₁ sont non colinéaires et engendrent donc un plan vectoriel ''P''. ** L'ensemble des vecteurs ''v'' vérifiant est un sous-espace vectoriel Q de * '' est une forme bilinéaire symétrique :''En effet, pour tous vecteurs ''v'' et ''w'' de ''E'', comme ''J'' est un symplectique, il vient : ;* '' est un produit hermitien :''Le calcul est similaire : . On montre ainsi que est sesquilinéaire. Par ailleurs, est visiblement défini positif : pour tout vecteur non nul ''v'', on a : . * ''Existence :'':Soit ''g'' un produit euclidien sur ''V''. Il existe un unique endomorphisme ''g''-antisymétrique ''A'' tel que, pour tous vecteur ''v'' et ''w'' : . La décomposition polaire donne : ''A''=''O''.''J'' où ''O'' est un endomorphisme orthogonal. Alors ''J'' est une structure complexe ω compatible.:Par construction, les endomorphismes ''J'' ainsi obtenus sont exactement toutes les structures complexes ω-compatibles, et dépendent continument du produit euclidien ''g''. De fait, l'espace ''I''(''V'') est l'image continue de l'espace des produits euclidiens sur ''V''. De fait, il est connexe.* ''Action par conjugaison :'':A compléter ... | Vérifications |
| Résistance et impédance/Résistance | Toutes les résistances, puisqu'étant en série, sont obligatoirement parcourues par un même courant ''i'' :* La résistance {{numéro}}1 répond à la loi d'Ohm par : * La résistance {{numéro}}2 répond à la loi d'Ohm par : * La résistance {{numéro}}3 répond à la loi d'Ohm par : * ...* La résistance non répond à la loi d'Ohm par : Pour la résistance équivalente :* La résistance répond à la loi d'Ohm par : Le circuit nous permet d'écrire : Ce qui, en y intégrant le courant, nous donne : Toutes les résistances, puisqu'étant en parallèle, sont obligatoirement soumises à la même tension ''u'' :* La résistance {{numéro}}1 répond à la loi d'Ohm par : * La résistance {{numéro}}2 répond à la loi d'Ohm par : * La résistance {{numéro}}3 répond à la loi d'Ohm par : * ...* La résistance non répond à la loi d'Ohm par : Pour la résistance équivalente :* La résistance répond à la loi d'Ohm par : Le circuit nous permet d'écrire : | |
| Groupe (mathématiques)/Action de groupe | Supposons que G opère à droite sur X par .Soient ''g'' un élément de G et ''x'' un élément de X. Puisque l'action de H est transitive, il existe un élément ''h'' de H tel que Alors , donc , donc Ceci étant vrai pour tout élément ''g'' de G, on a donc .Par exemple en appliquant ce qui précède au groupe opposé de G et en tenant compte que, pour deux sous-groupes A, B de G, la relation G = AB équivaut à G = BA (cela a été rappelé plus haut), on trouve que l'énoncé est encore vrai pour une opération à gauche de G sur X. | |
| Groupe (mathématiques)/Théorèmes de Sylow | * La première affirmation découle directement du théorème de Lagrange : le cardinal d'un sous-groupe ''H'' d'un groupe ''G'' divise le cardinal de ''G''. Si le cardinal de ''G'' est une puissance de ''p'', par le lemme d'Euclide, le cardinal de ''H'' est donc une puissance de ''p''.* Soit ''G'' un ''p''-groupe de cardinal ''pⁿ'', non réduit à l'élément neutre. Écrivons l'équation aux classes pour l'action du groupe ''G'' sur lui-même par conjugaison ::: :où ''X'' est un ensemble de représentants des orbites de cardinal supérieur à 2. Pour un tel représentant ''x'', son stabilisateur est un sous-groupe ''strict'' de ''G'' ; par le premier point, son cardinal est ''pk'' avec Par le théorème de Cayley, l'action de ''G'' sur lui-même par translation à gauche définit un morphisme injectif de ''G'' dans le groupe des permutations ''S''(''G''). Si ''n'' est le cardinal de ''G'', alors ''S''(''G'') s'injecte dans . La remarque préliminaire donne l'existence d'un ''p''-Sylow ''S'' de ''H''. Le lemme précédent permet d'en déuire l'existence d'un sous-groupe de ''H'' conjugué à ''S'', intersectant ''G'' selon un ''p''-Sylow de ''G''. * Maximalité : Si ''H'' est un sous-groupe de ''G'' et ''S'' un ''p''-Sylow de ''G'', le lemme précédent donne l'existence d'un élément ''g'' de ''G'' tel que soit un ''p''-Sylow de ''H''. Mais si ''H'' est un ''p''-groupe, ''H'' est l'unique ''p''-Sylow de ''H''. Donc, ''H'' est inclus dans qui est un ''p''-Sylow de ''G'' conjugué à ''S''.* Tous les ''p''-Sylow de ''G'' ont (par définition) le même cardinal. En particulier, si ''H'' est un ''p''-Sylow, alors ''H'' est égal à . Les ''p''-Sylows de ''G'' sont deux à deux conjugués.* Donc, le groupe ''G'' opère transitivement sur l'ensemble ''X'' des p-Sylow de ''G''. L'équation aux classes montre que le cardinal de ''X'', le nombre de ''p''-Sylows de ''G'' divise le cardinal de ''G''.* Considérons l'action d'un ''p''-Sylow sur ''X'' par con Soit ''p'' un nombre premier tel que P soit un p-sous-groupe de Sylow de G. Soit ''x'' un élément de G normalisant H, c'est-à-dire tel que xHx{{exp|-1}} = H. Il s'agit de prouver que ''x'' appartient à H. Le sous-groupe xPx{{exp|-1}} de G est équipotent à P et est donc un p-sous-groupe de Sylow de G. De plus, xPx{{exp|-1}} est contenu dans H (puisque P est contenu dans H et que xHx{{exp|-1}} = H). Donc xPx{{exp|-1}} est un p-sous-groupe de Sylow de H. Comme P est lui aussi un p-sous-groupe de Sylow de H, xPx{{exp|-1}} est donc conjugué de P dans H. Il existe donc un élément ''h'' de H tel que xPx{{exp|-1}} = hPh{{exp|-1}}. Alors h{{exp|-1}}xPx{{exp|-1}}h = P, donc h{{exp|-1}}x appartient à NG(P) et, a fortiori, à H. Puisque ''h'' appartient à H, il en résulte que ''x'' appartient à H, comme annoncé. | Preuve du premier théorème de Sylow |
| Série entière/Définition formelle - rayon de convergence | Pour tel que .Or donc est absolument convergente. | |
| Série entière/Propriétés | est toujours convergente, on peut donc se limiter à l'étude du cas .Alors converge pour vers .Par [[Série numérique/Séries à termes positifs|théorème de d'Alembert]], implique l'absolue convergence (''acv'') et la grossière divergence (''gdv'') de la série. Donc :: acv et gdv.Par définition de , . | |
| Statique des fluides/Équation fondamentale | Considérons une surface fermée : Le produit scalaire avec un vecteur uniforme donne : Or on a : mais car est uniforme ! On a donc : mais comme est quelconque : Au final, localement, on a : . Considérons un volume élémentaire parallélépipédique de fluide de dimensions dx, dy et dz suivant les axes cartésiens (orientés comme sur le schéma).On cherche la condition d'équilibre de ce système, on veut donc appliquer le principe fondamental de la statique.Ce système est soumis à l'action de son poids, , et à l'action de pression sur chacune de ses parois :* * * Le principe fondamental de la statique s'écrit alors : ... | Démonstration avec les outils d'algèbre vectorielle Démonstration sans les outils d'algèbre vectorielle |
| Champ électrostatique, potentiel/Théorème de Gauss | {{clr}}{{Prérequis | idfaculté = physique|sujet=les équations de Maxwell|cours=Ondes électromagnétiques}}Soit V le volume intérieur à la surface fermée Σ. La [[w:Théorème de flux-divergence|formule de Green-Ostrogradsky]] donne : Supposons avoir un maximum de potentiel en un point M en lequel il n'y a pas de charge.Comme , est dans le sens des potentiels décroissants donc il existe des lignes de champ qui partent de M. Si l'on prend une surface entourant M infiniment proche de M, est traversée par des lignes de champ sortantes, donc .Donc, d'après le théorème de Gauss il existe une charge à l'intérieur de , ce qui est absurde. | Démonstration (niveau 14) |
| Groupe (mathématiques)/Lois de composition internes, monoïdes | Soient e1 et e2 des éléments neutres pour une même loi de composition interne . Puisque e1 est neutre, ; puisque e2 est neutre, Ainsi, e1 et e2 sont tous deux égaux à et sont donc égaux entre eux. Soit ''x'' un élément de E; prouvons que ''x'' admet au plus un symétrique. Soient ''y'' et ''z'' des symétriques de ''x''; il s'agit de prouver que y = z. Puisque la loi est supposée associative, nous avons Puisque ''y'' et ''z'' sont des symétriques de ''x'', nous pouvons remplacer et par l'élément neutre ''e'', d'où , autrement dit z = y, comme annoncé.On dit donc « le » symétrique de ''x''. Il est clair que le symétrique du symétrique de ''x'' est ''x'' lui-même. En notation multiplicative : Soit un monoïde d'élément neutre noté . Soit ''a'' un élément inversible de M. Prouvons que ''a'' est simplifiable à gauche. Soient ''x'' et ''y'' des éléments de M tels que . Il s'agit de prouver que . Comme ''a'' est inversible, il existe ''b'' appartenant à M tel que . L'hypothèse entraîne . L'associativité nous permet d'écrire . ''b'' étant l'inverse de ''a'', on en déduit et donc , comme annoncé, ce qui prouve que ''a'' est simplifiable à gauche. On prouvera de même que ''a'' est simplifiable à droite, donc ''a'' est simplifiable. Preuve par récurrence sur ''n''. Si n = 0, les deux membres de la thèse sont égaux à 1, donc la thèse est vraie dans ce cas. Supposons que ''n'' soit un nombre naturel > 0 et que la thèse soit vraie pour n - 1 au lieu de ''n'', et prouvons que la thèse est vraie pour ''n''.Puisque xn commute avec chacun des éléments y1, ... , yn-1, nous pouvons remplacer, dans le premier membre de la thèse, xn y1 ... yn-1 par y1 ... yn-1 xn, donc:x1 ... xn y1 ... yn = x1 ... xn-1 y1 ... yn-1 xn yn.Par hypothèse de récurrence, nous pouvons remplacer dans la second membre x1 ... xn-1 y1 ... yn-1 par x1 y1 ... xn-1 | |
| Fonction logarithme/Définition du logarithme néperien | On pose , définie sur Soit Donc pour tout | |
| Équation différentielle linéaire/Exemples et intérêt | Notons et . Alors : On utilise alors l'identité d'Euler : ''eiθ'' = cos(''θ'') + ''i''sin(''θ''). La partie réelle de cette dernière expression donne les coefficients ''λ'' et ''μ'' donnés dans l'énoncé. On pose , alors : Il est alors possible de trouver tel que et , la quantité de départ s'écrit ainsi : La démonstration s'achève en identifiant ''C'' et ''D''. | |
| Champ électrostatique, potentiel/Calculs classiques | On calcule le champ par la méthode directe en un point M de cote z>0 :* On peut trouver deux plans orthogonaux contenant (Oz) qui sont des plans de symétrie de la distribution, donc pour tout point M de (Oz), est suivant * Le champ créé en M par une longueur infinitésimale de longueur ''dx'' au point P d'abscisse ''x'' vaut . En réalité, la seule composante utile de ce champ élémentaire est la composante suivant , comme le champ final est suivant . On considère donc , projection de sur (Oz).* Ensuite, on '''choisit la variable suivant On calcule le champ par la méthode directe pour un point M de cote z>0:* Tout plan contenant (Oz) est plan de symétrie de la distribution, donc pour tout point M de (Oz), est suivant * On utilise comme surface élémentaire une '''couronne élémentaire''' de ''rayon r'', d'''épaisseur dr''. Cette couronne est vue sous un angle depuis le point M. On intégrera suivant pour « balayer » toute la surface de la couronne.* La surface de cette couronne élémentaire est . Le champ créé en M par cette couronne élémentaire est donc * Comme on veut intégrer suivant Dans ce cas où la symétrie est « très prononcée », on a tendance à utiliser '''le théorème de Gauss'''.* Il existe deux plans orthogonaux contenant (OM) qui sont des plans de symétrie de la distribution donc * La distribution est invariante par toute rotation, donc * On choisit pour surface de Gauss une '''sphère , de centre O et de rayon r''' (en vert sur le dessin). Il apparaît deux cas dans la résolution :** '''Premier cas :''' : On calcule le potentiel par la méthode directe pour un point M de cote z>0:* On utilise comme surface élémentaire une '''couronne élémentaire''' de ''rayon r'', d'''épaisseur dr''. Cette couronne est vue sous un angle depuis le point M. On intégrera suivant pour « balayer » toute la surface de la couronne.* La surface de cette couronne élémentaire est . Le potentiel créé en M par cette couronne élémentaire est donc * Comme on veut intégrer suivant , on va chercher à tout exprimer en fonction de et ''z'':** donc ** Grâce au théorème de Gauss, on a calculé le champ en tout point : Comme et que ne dépend que de r : , d'où Dans notre étude particulière, deux cas se présentent :* '''Premier cas :''' : | |
| Champ magnétique, magnétostatique/Champ magnétique | Le travail élémentaire d'une force lors du déplacement vaut: ; et la puissance développée vaut .Ici or d'où: . On a (voir analyse vectorielle) et donc | |
| Analyse vectorielle/Théorèmes d'analyse vectorielle | ;Première relation :Écrivons cette équation avec le vecteur nabla introduit au chapitre précédent. Soit un champ vectoriel .Par définition, un produit vectoriel est orthogonal à ses deux arguments : est donc orthogonal à et à . Enfin, le produit scalaire est nul pour deux vecteurs orthogonaux, donc la relation est vérifiée.;Deuxième relation :Il faut développer l'expression du rotationnel à partir de la formule du double produit vectoriel :: .Soit un champ vectoriel | |
| Champ électrostatique, potentiel/Analogie avec le champ de gravitation | On raisonne exactement comme pour une boule chargée électriquement : on utilise le théorème de Gauss.* Il existe deux plans orthogonaux contenant (OM) qui sont des plans de symétrie de la distribution donc * La distribution est invariante par toute rotation, donc * On choisit pour surface de Gauss une '''sphère , de cetre O et de rayon r''' (en vert sur le dessin). Il apparaît deux cas dans la résolution :** '''Premier cas :''' : | |
| Champ magnétique, magnétostatique/Théorème d'Ampère | Dans le cadre de la magnétostatique, .Soit un contour fermé orienté sur lequel s'appuie une surface orientée en concordance avec . En notant Ie l'intensité algébrique enlacée par : | |
| Principes de la physique nucléaire/Décroissance radioactive | L'évolution du nombre de noyaux non désintégrés (N) au cours du temps suit une loi de décroissance exponentielle de la forme : avec Où:* est le nombre initial de noyaux non-désintégrés ;* est la constante radioactive du nucléide considéré.* une constante de temps caractéristique du nucléide considéré; | Loi de décroissance |