Goûter Maths

Un gâteau catégorique


Si vous n’avez jamais entendu parler de la théorie des catégories en maths, c’est pourtant un des 50 domaines mathématiques listés par la Maison Poincaré à Paris.

C’est l’art de modéliser de la meme manière des objets très différents.
Regardez ce tableau .

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}     &   &   \\ \cline{2-3}   &  \cellcolor{girlypink}  .  &  \cellcolor{girlyyellow}  . \\ \cline{2-3}   &  \cellcolor{girlyyellow}  . &  \cellcolor{girlypink} . \\ \cline{2-3} \end{tabular}

C’est la règle d‘additionon en binaire .

0+0=0
1+0=1
0+1=0
1+1=0 et il y a une retenue de 1

ce qui donne sous forme de tableau:

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}     &  0 &  1 \\ \cline{2-3} 0  &  \cellcolor{girlypink} 0   &  \cellcolor{girlyyellow} 1 \\ \cline{2-3} 1  &  \cellcolor{girlyyellow} 1 &  \cellcolor{girlypink} 0 \\ \cline{2-3} \end{tabular}

C’est aussi la table pour la règle de signe quand on multiplie deux nombres ensemble et qu’un veut connaître le signe du résultat.
+ x + = +
+ x – = –
– x + = –
– x – = +
et que l’on peut représenter par un même tableau.

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}     &  + &  - \\ \cline{2-3} +  &  \cellcolor{girlypink} +   &  \cellcolor{girlyyellow} - \\ \cline{2-3} -  &  \cellcolor{girlyyellow} - &  \cellcolor{girlypink} + \\ \cline{2-3} \end{tabular}

Ou encore la règle complexe::

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}   x  &  réel &  imaginaire \\ \cline{2-3} réel  &  \cellcolor{girlypink} réel   &  \cellcolor{girlyyellow} imaginaire \\ \cline{2-3} imaginaire  &  \cellcolor{girlyyellow} imaginaire &  \cellcolor{girlypink} réel \\ \cline{2-3} \end{tabular}

Ou encore le tableau de multiplication:

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}   x  &  1 &  -1 \\ \cline{2-3} 1  &  \cellcolor{girlypink} 1   &  \cellcolor{girlyyellow} -1 \\ \cline{2-3} -1  &  \cellcolor{girlyyellow} -1 &  \cellcolor{girlypink} 1 \\ \cline{2-3} \end{tabular}

Ou encore le tableau de composition de rotations:

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}}   rotation  &  0 &  180 \\ \cline{2-3} 0  &  \cellcolor{girlypink} 0   &  \cellcolor{girlyyellow} 180 \\ \cline{2-3} 180  &  \cellcolor{girlyyellow} 180 &  \cellcolor{girlypink} 0 \\ \cline{2-3} \end{tabular}

Voici maintenant un tableau plus grand:

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}}    &   &   &   &  \\ \cline{2-5}    &  \cellcolor{girlygreen} .   &  \cellcolor{girlyblue} . &  \cellcolor{girlypink} .   &  \cellcolor{girlyyellow} . \\ \cline{2-5}    &  \cellcolor{girlyblue} . &  \cellcolor{girlygreen} . &  \cellcolor{girlyyellow} .   &  \cellcolor{girlypink} .  \\ \cline{2-5}    &  \cellcolor{girlypink} .   &  \cellcolor{girlyyellow} . &  \cellcolor{girlygreen} . &  \cellcolor{girlyblue} .  \\ \cline{2-5}    &  \cellcolor{girlyyellow} .   &  \cellcolor{girlypink} . &  \cellcolor{girlyblue} .   &  \cellcolor{girlygreen} . \\ \cline{2-5} \end{tabular}

Cela peut représenter à la fois la multiplication modulo 8 des nombres impairs:

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}}  x & 1 & 3 & 5 & 7\\ \cline{2-5} 1  &  \cellcolor{girlygreen} 1   &  \cellcolor{girlyblue} 3 &  \cellcolor{girlypink} 5   &  \cellcolor{girlyyellow} 7 \\ \cline{2-5} 3  &  \cellcolor{girlyblue} 3 &  \cellcolor{girlygreen} 1 &  \cellcolor{girlyyellow} 7   &  \cellcolor{girlypink} 5  \\ \cline{2-5} 5  &  \cellcolor{girlypink} 5   &  \cellcolor{girlyyellow} 7 &  \cellcolor{girlygreen} 1 &  \cellcolor{girlyblue} 3  \\ \cline{2-5} 7  &  \cellcolor{girlyyellow} 7   &  \cellcolor{girlypink} 5 &  \cellcolor{girlyblue} 3   &  \cellcolor{girlygreen} 1 \\ \cline{2-5} \end{tabular}

Ou encore la table de composition des isométries du rectangle:

Les isométries du rectangle, sont les transformations qui laissent inchangées le rectangle.

%Rectangle

Rendered by QuickLaTeX.com

Ce sont les rotations d’angle 0° (identité) ou d’angle 180°, et les symétries horizontales ou verticales. Puis on établit la table de composition de ces transformations.

%R0: rotation 0°

Rendered by QuickLaTeX.com

%R180: rotation 180°

Rendered by QuickLaTeX.com

%SV: symétrie verticale

Rendered by QuickLaTeX.com

%SH: symétrie horizontale

Rendered by QuickLaTeX.com

\renewcommand{\arraystretch} {2} \begin{tabular}{c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}c{3cm}} composition & rotation +0° & rotation 180° & Sym verticale & Sym horizontale\\ \cline{2-5} rotation +0°  &  \cellcolor{girlygreen} R0   &  \cellcolor{girlyblue} R180 &  \cellcolor{girlypink} SV   &  \cellcolor{girlyyellow} SH \\ \cline{2-5} rotation 180°  &  \cellcolor{girlyblue} R180 &  \cellcolor{girlygreen} R0 &  \cellcolor{girlyyellow} SH   &  \cellcolor{girlypink} SV  \\ \cline{2-5} Sym verticale  &  \cellcolor{girlypink} SV   &  \cellcolor{girlyyellow} SH &  \cellcolor{girlygreen} R0 &  \cellcolor{girlyblue} R180  \\ \cline{2-5} Sym horizontale  &  \cellcolor{girlyyellow} SH   &  \cellcolor{girlypink} SV &  \cellcolor{girlyblue} R180  &  \cellcolor{girlygreen} R0 \\ \cline{2-5}  \end{tabular}

Ou encore ce gâteau:

Conseil cuisine
Cuire quatre quatre quarts séparément. Etaler de la confiture entre les morceaux. Etaler de la pâte d’amande entre 2 feuilles de papier sulfurisé.
Lecture
Ce lien entre la théorie des catégories en mathématiques et le gâteau de Battenberg itératif est inspiré du livre d’Eugenia Cheng: Comment cuire un neuf.

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