Maths●●●●●Difficulty 3 of 5

Comment un flocon peut-il avoir un contour infini mais une aire finie ?

Un seul pot de peinture suffirait pour colorier l'intérieur du flocon de Koch, mais aucun ruban ne serait assez long pour en faire le tour.

▶ Lancer l'histoire

Parce qu'à chaque fois qu'on ajoute des détails, le contour s'allonge d'un tiers, alors que l'aire ne gagne que des miettes de plus en plus petites. Pars d'un triangle équilatéral. Coupe chaque côté en trois parts égales, construis un petit triangle pointé vers l'extérieur sur la partie du milieu, et efface sa base. Tu obtiens une étoile à six branches. Recommence sur chaque nouveau côté, encore et encore, à l'infini. La limite, c'est le flocon de Koch.

Les premières étapes du flocon de Koch : un triangle, puis une étoile à six branches, puis des contours de plus en plus finement dentelés.
Les premières étapes du flocon de Koch. À chaque tour, un petit triangle s'ajoute au milieu de chaque côté : le contour s'allonge tandis que l'aire change à peine.Photo: Chas zzz brown, Shibboleth, Wxs · CC BY-SA 3.0

À chaque tour, chaque morceau droit est remplacé par quatre morceaux trois fois plus courts : la longueur totale est multipliée par 4/3. Multiplie par 4/3 à l'infini, et le périmètre grandit sans limite. Mais les nouveaux triangles rapetissent très vite : chacun a une aire neuf fois plus petite que ceux du tour précédent. L'aire ajoutée forme une somme qui se tasse et finit à exactement 8/5 de celle du triangle de départ. Peinture finie, clôture infinie.

C'est le mathématicien suédois Helge von Koch qui a décrit cette courbe en 1904. Il voulait un objet étrange qu'on puisse vraiment voir : une courbe continue sans tangente nulle part, une ligne faite uniquement de coins. Les exemples précédents n'étaient que des formules ; celle de Koch se dessine, si bien que même l'« intuition naïve » peut la saisir. Ironie : le flocon complet n'est pas dans son article. Il n'en a dessiné qu'un côté, et le flocon fermé serait plutôt dû au mathématicien américain Edward Kasner.

Quiz

0/3

  1. 1.Pourquoi le périmètre du flocon de Koch grandit-il sans limite ?
  2. 2.Pourquoi l'aire reste-t-elle finie alors qu'on ajoute des triangles à l'infini ?
  3. 3.Que voulait montrer Helge von Koch avec sa courbe de 1904 ?

Récap

Chaque étape multiplie le contour par 4/3 mais n'ajoute que des miettes d'aire : clôture infinie, champ fini.

Le fait surprenant · Son aire vaut exactement 8/5 de celle du triangle de départ, et pourtant son périmètre est infini.

Sources (4)

Pas de source, pas d'affirmation. Chacun des 17 faits de cette leçon renvoie à au moins une de ces sources.

  1. [1]Koch snowflake · Wikipedia
  2. [2]Flocon de Koch · Wikipédia
  3. [3]Helge von Koch · Wikipedia
  4. [4]Coastline paradox · Wikipedia
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