La trompette de Torricelli

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La trompette de Torricelli

#1

Message par Invité » 21 sept. 2005, 07:30

Image

Cet objet mathématique a des propriétés très amusante.

Pour la remplir cette trompette ça prend PI unités de peinture.

Mais pour peindre sa surface ça prend une quantité infinie de peinture.

(La fonction est y = 1/x et on génére la trompette en faisant tourner
autour de l'axe des x avec x >= 1)

Le volume est finie et égale à PI :

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La surface est infinie :

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On peut donc remplir cette trompette avec PI unités de peinture mais ça prend une quantité infini de peinture pour peindre sa surface.

Mathématiquement c'est impeccable, mais ce qui m'embête c'est ce qui suit:

Si on remplit cette trompette avec une peinture infiniment fluide (molécules de peinture aussi petites qu'on veut).

Est-ce qu'en remplisant la trompette on ne mouillera ou peindra pas obligatoirement sa surface (intérieure)? Au fur et à mesure du remplissage on peint la surface, à la fin du remplissage on a fini de peindre la surface.

Donc est-ce que les PI unités de peinture ne seront pas amplement suffisantes pour peindre la surface ? Plutôt qu'une quantité infini de peinture.

Il y a un donc une contradiction ou un paradoxe. Mais comment le résoudre ?

Commentaires ?

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groucho_max
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Re: La trompette de Torricelli

#2

Message par groucho_max » 21 sept. 2005, 08:03

Invité a écrit :Il y a un donc une contradiction ou un paradoxe. Mais comment le résoudre ? Commentaires ?
Y'a plusieurs facons de resoudre le "paradoxe" de la 'Trompette de Gabriel'. La plus simple - et la plus concise - est celle suggeree sur cette page du superbe site de Ferreol.

groucho max
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Re: La trompette de Torricelli

#3

Message par Invité » 21 sept. 2005, 08:39

groucho_max a écrit :
Invité a écrit :Il y a un donc une contradiction ou un paradoxe. Mais comment le résoudre ? Commentaires ?
Y'a plusieurs facons de resoudre le "paradoxe" de la 'Trompette de Gabriel'. La plus simple - et la plus concise - est celle suggeree ici.

groucho max
Ton site a écrit : "Mais on peut très bien peindre la trompette avec une quantité finie de peinture en mettant une couche dont l'épaisseur tend vers 0 à l'infini. C'est justement ce qui se passerait si on remplissait l'intérieur de peinture ! "
Ben en fait c'est exactement ce que je dis:
Invité a écrit :"Donc est-ce que les PI unités de peinture ne seront pas amplement suffisantes pour peindre la surface ? Plutôt qu'une quantité infini de peinture."

Sur ton site:

"Cette surface présente un paradoxe vraiment étonnant : si on veut remplir le tube (qui a une longueur infinie), il suffira d’une quantité finie de liquide, mais si on veut le peindre, il faudra une quantité infinie de peinture! "

"On peut résoudre ce paradoxe de la façon suivante : on suppose en fait que la couche de peinture a une épaisseur constante. Mais on peut très bien peindre la trompette avec une quantité finie de peinture en mettant une couche dont l'épaisseur tend vers 0 à l'infini. C'est justement ce qui se passerait si on remplissait l'intérieur de peinture !"

Présenté comme ça il n'y a pas de paradoxe. C'est seulement que le premier énoncé ("il faudra une quantité infonie de peinture") est tout simplement faux.

Ça voudrait dure qu'une quantité finie de peinture peut couvrir une surface infinie.

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Re: La trompette de Torricelli

#4

Message par groucho_max » 21 sept. 2005, 08:48

Invité a écrit :Présenté comme ça il n'y a pas de paradoxe.
C'est pourquoi j'avais ecrit 'paradoxe' entre ".
Ça voudrait dure qu'une quantité finie de peinture peut couvrir une surface infinie.
Ce sont les "miracles" generes par la notion de 'limite'. Amen.

En fait, une facon assez intuitive (et pas rigoureuse) de voir la chose est la suivante: 1) tu peints un disque hyperelastique avec une quantite finie de peinture, 2) tu choisis un point dudit disque (ici le "centre" pour des raisons de symetrie), 3) tu pinces ce point avec tes doigts boudines et 4) tu tires ce point en le balancant a l'infini le long de la perpendiculaire au disque passant par ce point (ici l'axe de rotation du disque). Ta surface aura alors une aire qui tendra vers l'infini (bien que le volume qu'elle couvre soit fini) et l'epaisseur de ta peinture tendra vers 0 au fur et a mesure que ton point s'approchera (arf!) de l'infini. Tu as donc reussi a peindre une surface d'aire infinie (la 'Trompette de Gabriel') avec une quantite finie de peinture. En gros. Tres gros.

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Re: La trompette de Torricelli

#5

Message par Invité » 21 sept. 2005, 10:37

groucho_max a écrit :
Ça voudrait dure qu'une quantité finie de peinture peut couvrir une surface infinie.
Ce sont les "miracles" generes par la notion de 'limite'. Amen.
Je ne sais pas trop.

Si l'épaisseur de la peinture qui couvre la surface infinie tend vers zéro, je pense que le volume de cette peinture est indéfinie plutôt que de converger vers un nombre précis (en l'occurence ici PI).

Parler de la quantité de peinture pour remplir et de la quantité pour couvrir c'est peut-être ça qui nous mène à un problème qui est mal définie et à un paradoxe. Les deux quantités (remplir et couvrir) ne me semblent pas de même nature.

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Re: La trompette de Torricelli

#6

Message par groucho_max » 21 sept. 2005, 17:29

Invité a écrit :
groucho_max a écrit :
Ça voudrait dure qu'une quantité finie de peinture peut couvrir une surface infinie.
Ce sont les "miracles" generes par la notion de 'limite'. Amen.
Je ne sais pas trop.
Me si me si. La trouvaille de Torricelli est une version geometrique des phenomenes lies aux series. En gros, l'"infinitude" de la section de la Trompette a comme consequence la non-convergence de la serie $$\sum_{n=1}^{+\infty}{\frac{1}{n}}$$*, cad de 1 + 1/2 + 1/3 + ..., alors que la "finitude" du volume de la Trompette est une consequence de la convergence de la serie $$\sum_{n=1}^{+\infty}{\frac{1}{n^2}}$$*, cad de 1 + 1/2^2 + 1/3^2 + ... qui est la (fameuse) serie d'Euler. Ainsi, la Trompette de Gabriel a un volume fini, mais une aire exterieure et une section interne infinies. Si on imagine que la Trompette est un recipient, on est alors tente d'affirmer que l'on peut remplir son interieur avec de la peinture, mais qu'on ne peut en peindre l'exterieur (version "serielle": on peut manger un gateau en entier mais pas en tranches). Ce "paradoxe" decoule en fait d'une conception excessivement ingenue de l'infini, cad de l'idee qu'une serie infinie ou qu'une integrale "illimitee" doivent necessairement etre infinis. Les theoremes de (non-)convergence montrent tres clairement que tout ceci est beaucoup plus subtil: une serie ou une integrale "illimitee" peuvent converger, si les termes ou les valeurs de la fonction deviennent toujours plus petits [putain, que c'est mal dit! [NDLR]]. Mais cette condition est seulement necessaire (elle n'est pas suffisante). Bref, l'objet 'limite' est ici central.
Si l'épaisseur de la peinture qui couvre la surface infinie tend vers zéro, je pense que le volume de cette peinture est indéfinie plutôt que de converger vers un nombre précis (en l'occurence ici PI).
Me non.

Quelques considerations:

1) le volume couvert par la surface 'Trompette de Gabriel' est fini (c'est pi dans le cas de la trompette modele '1/x tronque').
2) la quantite de peinture (factice!) qui servira a couvrir l'aire de la Trompette n'est pas "indefinie" (terme qui a un sens technique - et meme plusieurs - qui ne s'applique pas ici: il s'applique par exemple a un 'processus d'integration', pas a un nombre, meme si ce dernier est un "pseudo-nombre" comme celui introduit lors de la compactification usuelle - = pour les besoins de l'integrabilite au sens de Riemann - de R). Elle est 'arbitraire' (mais > 0). C'est peut-etre ce que tu voulais dire.
3) dans R (ou R^n ou un sous-ensemble de R) tu peux "diluer", "deformer" les choses un peu comme un pizzaiolo vicelard qui deciderait d'applatir sa brique de pate a pizza avec son rouleau a pate jusqu'a ce que celle-ci atteigne progressivement une epaisseur infinitesimale qui lui permettra d'abord de couvrir son plan de travail puis un plan infini (= R^2) tout entier. C'est lie entre autres a la completude de R et a sa topologie.
4) les "facteurs" de croissance ou de decroissance des series associees aux sous-objets de ta Trompette (volume, aire, section truc, section machin, ...) ne sont pas les memes (cf. 5)).
5) insere ici ce que j'ai ecrit juste apres ton "Je ne sais pas trop.".
6) eviter les considerations physiques "terre-a-terre" lorsqu'on a affaire a des objets strictement mathematiques: c'est inopportun et, a fortiori, superfetatoire (et inversement).

Conclusion? La quantite de peinture que tu utiliseras pour couvrir ta Trompette est arbitraire (elle peut donc etre finie) bien que l'aire de cette derniere soit infinie. Et y'a pas de paradoxe.
Parler de la quantité de peinture pour remplir et de la quantité pour couvrir c'est peut-être ça qui nous mène à un problème qui est mal définie et à un paradoxe. Les deux quantités (remplir et couvrir) ne me semblent pas de même nature.
Bof. Un ami explique ce "paradoxe" a ses etudiants en leur disant que comparer une aire et un volume, c'est comme comparer les couilles d'un taureau en rut et le sourire de la Joconde. Soit. C'est defendable, du moins jusqu'a un certain point. J'opte plutot pour les effets nefastes induits par une approche naive (trop "intuitive") de l'infini (et des processus sous-jacents aux notions de 'limite' et de 'convergence'). Bref, le "paradoxe" de la Trompette de Salope est un peu un "paradoxe" de Zenon tubulaire. C'est ce que je suggerais au debut de ce post.

La pompe a intuition (comme dirait Dennett) que j'ai proposee dans mon precedent post devrait dissiper la plupart de ces malentendus sans etre oblige de passer obligatoirement par la case 'formalisation'.

*: c'est du LaTeX. Pour voir ce que cela donne, copier/coller ce qui est entre $$ ($$ compris) par exemple dans ce compilateur.

groucho max

P.S.: edite pour ajouter un '^2'.
Dernière modification par groucho_max le 21 sept. 2005, 19:50, modifié 1 fois.
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Re: La trompette de Torricelli

#7

Message par groucho_max » 21 sept. 2005, 17:35

Invite, j'ai trouve un petit truc qui pourrait peut-etre dissiper tes doutes (s'il en reste): 'Gabriel is all horned up'. Me remercie pas, j'suis juste de bonne humeur. Arf!

groucho max
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Mouette
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#8

Message par Mouette » 21 sept. 2005, 18:14

Dire que moi je consulte les sites pornos payants sur internet ! Je ne savais pas qu'on pouvait s'y branler gratuitement.

Chapeau groucho,

La trompette Invité qui cherchait la renommée, se trouve bien mal embouchée... Tagada tsoin tsoin !

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de_passage
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#9

Message par de_passage » 21 sept. 2005, 18:54

Pas mal ce paradoxe, j'adore !
Si l'épaisseur de la peinture qui couvre la surface infinie tend vers zéro
N'est-ce pas là en réalité la cause du paradoxe apparent ?
Car, comme le dit Groucho :
eviter les considerations physiques "terre-a-terre" lorsqu'on a affaire a des objets strictement mathematiques
Or, une couche de peinture a forcément une épaisseur minimale.
Le "quanta" de peinture ne peut être inférieur à l'épaisseur d'une molécule ! Il ne peut pas "tendre vers zéro".
La surface que l'on peut "couvrir" avec une quantité limitée de peinture est donc limitée, et non infinie (ça parait logique).

De l'autre coté le terme de "surface" est parfois employé dans l'énoncé du paradoxe dans un sens purement mathématique, sens dans lequel cette "surface" peut effectivement tendre vers zéro.

Bref, on mélange une surface-réelle-matérielle, nécessairement finie, avec une surface-mathématique abstraite, définie par la convergence d'une suite, qui peut prendre une valeur infinie.

Les deux portent le même nom ("surface") à cause de l'ambiguité inévitable (à un certain niveau de finesse dans le message) dans tout langage humain.
Mais les deux désignent des "choses" différentes.
Qui peuvent donc avoir des tailles différentes.

CQFD ??
"Le meilleur moyen de ne pas trouver de preuves, c'est de ne pas en chercher".
Pierre Guérin, astrophysicien, directeur de recherches au CNRS (décédé en 2000), et ufologue pendant 50 ans.

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#10

Message par groucho_max » 21 sept. 2005, 19:49

de_passage a écrit :<...> une couche de peinture a forcément une épaisseur minimale. <...> Bref, on mélange une surface-réelle-matérielle, nécessairement finie, avec une surface-mathématique abstraite <...> Les deux portent le même nom ("surface")
Il y a de toute facon un malentendu. Une 'surface' est l'ensemble* des solutions d'un certain type d'equations. Par exemple, une 2-sphere (i.e. S^2) dans R^3 est la surface definie p.e. par l'ensemble des solution (x, y, z) de l'equation (x - x_0)^2 + (y - y_0)^2 + (z - z_0)^2 - r^2 = 0, ou (x_0, y_0, z_0) est le centre de S^2 et r son rayon. Une 'aire' est un nombre, tout comme un 'volume'. Par exemple, l'aire A et le volume V de S^2 sont respectivement 4pir^2 et 4/3pir^3. Ainsi, une 'surface' n'est pas une 'aire', tout comme un uretre n'est pas un hetre.

*: c'est souvent plus qu'un ensemble. Bref.
<...> Mais les deux désignent des "choses" différentes. Qui peuvent donc avoir des tailles différentes. CQFD ??
Seulement en partie. Cette confusion alimente effectivement le "paradoxe", mais elle n'en est pas le noeud coulant (= manipulation naive de l'infini).

groucho max
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Mouette
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#11

Message par Mouette » 21 sept. 2005, 22:29

Exact !

Dans le même genre, j'avais plus simple messieurs !

0 + 0 = la tête à toto !

Pas besoin de s'appeler Gödel pour se la péter ma foi...

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