Pick, un théorème inspirant


François Lavallou

Certains théorèmes, par la simplicité de leur énoncé et l’originalité de leur démonstration, deviennent des exemples récurrents de créativité mathématique. Il en est ainsi du théorème de Pick.

Professeur non titulaire de l’université de Zurich, Albert Einstein accepte en 1910 un poste à Prague, ville alors allemande. L’un de ses plus proches collègues à l’université est le mathématicien austro-hongrois Georg Pick. Ce dernier l’aurait, selon certains, initié à la géométrie différentielle, car, au cœur du très flegmatique Pick, cohabitait le même intérêt pour la théorie et la pédagogie.

 

Georg Pick (1859-1942). 

 

Mais Pick est surtout connu pour avoir établi, en 1899, un théorème sur l’aire d’un polygone qui accepte plusieurs démonstrations élémentaires, illustrant ainsi la notion de « beauté » en mathématique.

 

Le plus de l’additivité

Considérons un polygone P dont les sommets sont sur les intersections d’un réseau régulier de maille unité. On nomme I le nombre de points du maillage intérieurs à ce polygone et B le nombre de ceux, sommets compris, qui appartiennent à sa frontière (le bord). On peut raisonnablement penser qu’une formule de l’aire S d’un tel polygone, si elle existe, ne dépend que de ses caractéristiques B et I

Commençons par montrer la notion fondamentale d’extensivité d’une surface, à savoir que la surface de deux domaines d’intersection nulle est égale à la somme des ... Lire la suite