7 Raven Room

Seven ravens remember

487 leçons · 69 chapitres · 47 articles · 968 problèmes résolus

Mathématiques130

Nombres et algèbre

Géométrie et trigonométrie

Analyse

Algèbre linéaire et données

Preuve, dénombrement et jeux

  • Quand deux choses tombent sur la même valeurL2 · 3

    Le paradoxe des anniversaires ressemble à un tour de magie, mais il constitue en réalité l'outil de référence pour l'étude des collisions. C'est à la deuxième étape que les informaticiens le retrouvent, sous un autre nom.

    1. 01Horloge d'arithmétique modulaire
    2. 02Paradoxe des anniversaires
    3. 03Tables de hachage
  • Méthodes de démonstrationL2 · 4

    Une démonstration est un raisonnement qui couvre chaque cas possible, y compris ceux que personne ne vérifiera jamais. Ces pages forgent cette certitude de quatre façons : par récurrence, en répartissant des éléments dans des boîtes, au moyen d'une grandeur qu'aucune opération ne modifie, et en formant des paires. La première commence par une formule qui donne un nombre premier quarante fois de suite, puis donne 41 × 41.

    1. 01Raisonnement par récurrence
    2. 02Le principe des tiroirs
    3. 03Invariants
    4. 04Le théorème des nombres pentagonaux
  • La meilleure réponse, et ce qui arrive quand personne ne la calculeL3 · 4

    Quatre jeux et une seule opération : trouvez le coup qui répond à tout ce que fait l'autre joueur. Elle résout le premier jeu à elle seule, exige une case entière pour être repérée dans le deuxième et implique un coût dans le troisième. Dans le quatrième, personne ne la calcule du tout et la population parvient tout de même à la réponse.

    1. 01Dilemme du prisonnier
    2. 02Équilibre de Nash
    3. 03Tragédie des biens communs
    4. 04Évolution de la coopération

Statistiques & Finance66

Données et inférence

  • Statistiques : des données aux proportionsL2 · 4

    Le programme AP Statistics commence par la représentation d’une seule variable et consacre sa partie la plus longue à l’inférence sur les proportions. Ce chapitre suit la même progression : représenter un jeu de données, le décrire, puis utiliser une proportion observée dans un échantillon pour construire un intervalle de confiance et effectuer un test de significativité. Le modèle normal et les distributions d’échantillonnage sur lesquelles il repose font l’objet d’un chapitre distinct, Des effectifs aux courbes.

    1. 01Représenter les données
    2. 02Décrire les distributions
    3. 03Une proportion
    4. 04Deux proportions
  • Des dénombrements aux courbesL2 · 6

    Six outils et une loi. Tout ici se résume à la loi binomiale dans une limite différente, ou bien lue à l'envers : comptez les succès, laissez leur nombre grandir, et regardez apparaître une courbe en cloche que personne n'a placée là.

    1. 01Loi binomiale
    2. 02Loi de Poisson
    3. 03Loi normale
    4. 04Théorème limite central
    5. 05Score Z
    6. 06Intervalle de confiance
  • Quand une différence est-elle réelle ?L2 · 4

    Quatre outils posant une même question avec de moins en moins de données à exploiter : deux groupes, puis un nombre quelconque, puis des effectifs sans la moindre moyenne. Le dernier outil vous la pose avant même que les données n'existent.

    1. 01Test t
    2. 02ANOVA
    3. 03Khi-deux
    4. 04Taille de l'échantillon
  • Les probabilités a priori et leur origineL2 · 3

    Personne ne conteste l'arithmétique du théorème de Bayes. C'est l'a priori qui pose problème : d'où vient le premier nombre, et qui l'a choisi. Ces trois outils abordent la question par ordre de difficulté croissante : un a priori que vous pouvez consulter, un a priori que le dispositif vous fournit, et un a priori que personne ne possède.

    1. 01Théorème de Bayes
    2. 02Billard de Bayes
    3. 03Biosignatures
  • Ce que p < 0,05 ne promet pasL2 · 4

    Une valeur p ne répond qu'à une seule question, posée sur un unique test prévu à l'avance. Dans la pratique, on enchaîne vingt tests, on surveille les données au fil de l'eau et l'on ne publie que les écarts significatifs : chacune de ces habitudes altère la portée réelle de p < 0,05. Chaque page décortique ici une démarche en apparence inoffensive pour calculer exactement ce qu'elle vous coûte.

    1. 01Comparaisons multiples
    2. 02Arrêt optionnel
    3. 03La malédiction du vainqueur
    4. 04Fausses découvertes

Décision et risque

  • Choisir d’après ce que vous avez vuL1 · 2

    Deux situations où la stratégie la plus évidente se révèle perdante. Devant les portes, vous recevez une information dont vous devez apprécier la valeur : celle-ci dépend de la règle suivie par le présentateur plutôt que de ce que vous voyez. Les candidats, eux, se présentent un à un. Chaque refus est définitif, et vous devez décider quand arrêter de chercher.

    1. 01Monty Hall
    2. 02La règle des 37 %
  • Des jeux équitables qui vous ruinentL2 · 4

    L’espérance mathématique est une promesse sur la moyenne des résultats d’un très grand nombre de joueurs. Chaque joueur dispose d’un seul capital. Un jeu peut être équitable, voire vous être favorable, et pourtant ruiner presque tous ceux qui y jouent. Sur chaque page, la moyenne apparaît en pointillés, comme une silhouette fantôme. Vous pouvez observer le sort des joueurs dont elle résume les résultats.

    1. 01La ruine du joueur
    2. 02La méthode du doublement
    3. 03Le paradoxe de Saint-Pétersbourg
    4. 04Le critère de Kelly

Argent et placements

Physique104

Mécanique

  • L’énergie plutôt que les forcesL2 · 3

    Deux outils et un raccourci : lorsque seules les vitesses et les hauteurs vous intéressent, vous pouvez faire totalement abstraction des forces et laisser l'énergie tenir les comptes.

    1. 01Chute libre
    2. 02Montagnes russes
    3. 03Laboratoire de Quantité de Mouvement & Collisions
  • Lois de Newton : l'adhérence qu'exige le mouvementL2 · 3

    Tout problème de mécanique où intervient une surface doit trancher une question avant le moindre calcul : de quel frottement ce mouvement a-t-il besoin, et le contact peut-il le fournir ? Un bloc sur une planche oppose tan θ à μ. Une voiture dans un virage relevé y ajoute la courbe, et le frottement requis change de sens selon la vitesse. Une bille qui roule sur une rampe y ajoute la rotation, et l'anneau, qui demande le plus d'adhérence, glisse le premier.

    1. 01Deuxième loi de Newton
    2. 02Virages relevés
    3. 03Roulement sur une rampe
  • Machines simples : échanger la force contre la distanceL2 · 6

    Cinq machines et un compromis. Aucune ne crée d'énergie, mais chacune vous laisse choisir comment la dépenser : une force moindre sur une plus longue distance, ou l'inverse. Chaque étape transmet à la suivante une part précise de cet échange. Au final, deux questions vous suffiront pour déchiffrer n'importe quelle machine.

    1. 01Genres de leviers
    2. 02Roue et essieu
    3. 03Systèmes de poulies
    4. 04Plan incliné, vis et coin
    5. 05Trains d'engrenages
    6. 06Filetage de vis
  • Lancer des objetsL2 · 3

    Trois outils, et le troisième invalide les deux premiers. L'accélération constante admet une solution analytique, vos deux premières étapes relèvent donc de l'algèbre. La résistance de l'air n'est pas constante. À partir de là, la seule méthode honnête consiste à l'intégrer pas à pas.

    1. 01MRUA
    2. 02Mouvement parabolique
    3. 03Traînée et vent
  • Moindre temps, moindre actionL2 · 4

    La trajectoire qu'emprunte un rayon lumineux, que suit une perle qui glisse ou que décrit une balle lancée est celle le long de laquelle une petite modification n'entraîne aucune variation au premier ordre d'un total : le temps pour les deux premières, l'action pour la balle. Chaque page vous permet de courber la trajectoire et d'observer ce total varier à peine. Deux d'entre elles trouvent une trajectoire dont le total est stationnaire sans être minimal.

    1. 01Le principe de Fermat
    2. 02Mirages
    3. 03La brachistochrone
    4. 04Moindre action
  • Rotation et moment cinétiqueL2 · 4

    Tout corps en rotation porte un vecteur, son moment cinétique. L'essentiel de ce qui surprend dans la rotation vient de ce vecteur qui refuse de changer. Ramenez vos bras vers vous sur un plateau tournant et vous tournez plus vite. Une roue pivote sur le côté au lieu de tomber. Une raquette se retourne. Le plan d'un pendule reste immobile pendant que le sol tourne sous lui.

    1. 01Le moment cinétique
    2. 02Le gyroscope
    3. 03Le théorème de la raquette de tennis
    4. 04Coriolis et Foucault
  • Le cheminement des chargesL3 · 7

    Sept pages autour d’une question : quelle partie d’une structure porte réellement la charge, et sous quelle forme ? Le parcours commence au cœur d’une poutre, où la matière ne contribue presque pas, et s’achève sur un treillis qui compte plus de barres que d’équations, mais dont on peut tout de même déterminer précisément la charge d’effondrement.

    1. 01Flèche d’une poutre
    2. 02Torsion d’un arbre
    3. 03Cercle de Mohr
    4. 04Calcul d’un treillis
    5. 05Flambement d’Euler
    6. 06Arcs et câbles
    7. 07Barres redondantes

Fluides

  • L'eau d'un réservoir : une vitesse, deux usagesL2 · 2

    Deux outils fondés sur un seul résultat. L'eau s'échappe d'un orifice à la vitesse exacte qu'atteint une pierre tombant de la même hauteur, et tout le reste découle de l'axe selon lequel cette vitesse s'exerce : latéralement, c'est un projectile, vers le bas, c'est le réservoir qui se vide.

    1. 01Trois orifices dans un réservoir
    2. 02La vidange du réservoir
  • Fluides au repos : du manomètre à la racine des montagnesL2 · 3

    Dans un liquide au repos, la pression ne dépend que de la profondeur et de rien d'autre : ni de la surface, ni du volume de liquide, ni de la forme du récipient. Appliquez ce principe entre le haut et le bas d'un corps : vous obtenez la poussée d'Archimède. La flottaison ne suit alors qu'une seule règle : un corps flottant déplace sa propre masse de liquide, et peu lui importe qu'il s'agisse d'une barque sur un étang ou d'un continent sur le manteau terrestre.

    1. 01Pression en profondeur
    2. 02Archimède et le bateau
    3. 03Racines des montagnes
  • Fluides en mouvement : ce que la viscosité reprendL2 · 5

    La conduite de Bernoulli ignore tout frottement. Chaque page suivante réintroduit ce que celle-ci laissait de côté. Le long d'une conduite, la viscosité coûte de la pression. Le nombre de Reynolds décide si cette perte obéit à la régularité calculée par Poiseuille. Un grain qui coule montre ce même nombre arbitrer entre deux lois de traînée. Dans la zone où aucune formule ne s'applique, la dernière page résout directement les équations.

    1. 01Bernoulli et le Venturi
    2. 02Loi de Poiseuille
    3. 03Le nombre de Reynolds
    4. 04Vitesse limite
    5. 05Navier–Stokes autour d'un cylindre

Ondes, lumière et quanta

  • Déviation de la lumièreL2 · 3

    Une lentille est une frontière que l'on a courbée, et aucune page de ce parcours n'introduit de principes physiques absents de la première. Ce qui change, c'est ce que l'on attend d'elle : une seule surface, puis une lentille idéale, enfin un morceau de verre.

    1. 01Loi de Snell-Descartes
    2. 02Tracé de rayons d'une lentille
    3. 03Lentilles réelles
  • D'un ressort à l'onde stationnaireL2 · 4

    Une unique force de rappel, suivie jusqu'à son terme. Une masse sur un ressort oscille. Une chaîne de ces masses transmet l'oscillation, deux ondes qui se croisent décident de s'additionner ou de s'annuler, et une limite à chaque extrémité rejette toute fréquence qui ne s'y ajuste pas.

    1. 01Loi de Hooke
    2. 02Résonance
    3. 03Interférences
    4. 04Ondes stationnaires
  • Optique ondulatoireL2 · 4

    L'optique géométrique enseigne que la lumière file droit et qu'une arête dessine une ombre nette. Sur chaque page, vous verrez cette réponse tracée en filigrane à côté de la vision ondulatoire. L'obstacle qui barre la route à la lumière change de page en page : deux surfaces, une seule fente, une ouverture circulaire, et pour finir un disque opaque dont l'ombre s'éclaire en son centre.

    1. 01Couches minces
    2. 02Fente simple
    3. 03La limite de diffraction
    4. 04La tache d'Arago
  • Mécanique quantique : la matière comme ondeL2 · 5

    La lumière arrive par paquets. La même constante h attribue ensuite une longueur d'onde à chaque particule. Le reste découle du fait de prendre cette onde au sérieux. Ajustée pour tenir dans une boîte, elle possède une énergie minimale qui n'est pas nulle. Elle s'infiltre à travers les murs qu'elle ne peut escalader. Et si vous la confinez dans un espace réduit, elle s'étale sur de multiples nombres d'onde. C'est le principe d'incertitude.

    1. 01L'effet photoélectrique
    2. 02Les ondes de matière
    3. 03Particule dans une boîte
    4. 04Effet tunnel quantique
    5. 05Incertitude et paquets d'ondes
  • Les équations de la chaleur, des ondes et de LaplaceL3 · 4

    Trois équations construites sur un seul opérateur, le laplacien, qui ne diffèrent que par le rôle du temps. La chaleur oublie, les détails les plus fins en premier. Une onde emporte une perturbation et, sur une surface, n'en finit jamais tout à fait d'arriver. L'équation de Laplace ne contient absolument aucun temps. C'est l'état que la chaleur finit par atteindre à force d'oublier : chaque point y est la moyenne de ses voisins.

    1. 01L'équation de la chaleur
    2. 02Saisons souterraines
    3. 03L'équation des ondes
    4. 04L'équation de Laplace

Électricité et magnétisme

  • Ce que la loi d’Ohm laisse de côtéL1 · 6

    Comme le rappelle la page qui lui est consacrée, la loi d’Ohm décrit une seule résistance, à température constante, parcourue par un courant continu, sans aucun autre composant dans la boucle. Chacune des pages suivantes réintroduit un élément écarté par cette phrase : un deuxième composant, le fil, la pile, un circuit impossible à réduire par associations et une tension variable.

    1. 01Loi d’Ohm
    2. 02Série et parallèle
    3. 03Résistivité
    4. 04Résistance interne
    5. 05Lois de Kirchhoff
    6. 06Alternatif et valeur efficace
  • Résistance, puis réactanceL2 · 3

    Un condensateur n’oppose aucune résistance tout en limitant le courant, et il fixe une durée plutôt qu’un nombre d’ohms. La deuxième page montre que cette durée caractérise tout système comportant un élément de stockage et un élément dissipatif. La troisième introduit un second élément de stockage : la durée devient alors une fréquence.

    1. 01Circuit RC
    2. 02Réponse indicielle
    3. 03Résonance RLC
  • Ce qui n'est pas une résistanceL2 · 5

    La loi d'Ohm ne décrit qu'une seule catégorie de composants. Les cinq réunis ici stockent l'énergie dans une tension ou un courant, ne conduisent que dans un sens, amplifient, et amplifient avec précision. Pourtant, chacun se montre imprévisible pris isolément : le gain en courant β d'un transistor varie du simple au triple d'un exemplaire à l'autre au sein d'une même référence. C'est le circuit autour du composant qui le rend prévisible, et chaque page vous montre comment.

    1. 01Condensateur
    2. 02Bobine
    3. 03Diode
    4. 04Amplificateur à transistor
    5. 05Ampli-op
  • D’où viennent les champsL3 · 6

    Les charges créent des champs électriques, les courants des champs magnétiques. À l’examen, il faut savoir déterminer le champ produit par une distribution donnée. On commence ici par additionner les contributions élémentaires à l’aide d’une intégrale, en s’appuyant sur les symétries pour éliminer les composantes qui se compensent. Puis ces mêmes symétries ouvrent la voie à des calculs plus directs : le théorème de Gauss pour les charges, la loi de Biot et Savart et le théorème d’Ampère pour les courants. Le chapitre s’achève sur la correction que Maxwell apporte au théorème d’Ampère.

    1. 01Charges ponctuelles
    2. 02Tiges, anneaux et disques
    3. 03Théorème de Gauss
    4. 04Force sur une charge en mouvement
    5. 05Loi de Biot et Savart
    6. 06Théorème d’Ampère

Astronomie & Espace44

Informatique69

Machines et algorithmes

  • Comment un ordinateur exécute un programmeL1 · 6

    De la porte logique au programme en cours d’exécution. La porte NAND suffit à construire tous les circuits. Un additionneur composé de portes logiques sait aussi soustraire. Le Little Man Computer associe cet additionneur à cent boîtes aux lettres : le programme occupe la même mémoire que ses nombres, et la machine exécute ce qu’elle trouve à l’adresse indiquée par son compteur ordinal.

    1. 01Portes logiques
    2. 02Arithmétique binaire
    3. 03Le Little Man Computer
    4. 04Mémoire et octets
    5. 05La pile d’appels
    6. 06Localité et cache
  • Ce qu’une structure de données rend peu coûteuxL2 · 4

    Chaque structure répond vite à une question, mais cette efficacité a un prix ailleurs. Un filtre de Bloom ne conserve aucune clé et peut pourtant affirmer avec certitude qu’une clé est absente ; un arbre préfixe permet des recherches par préfixe qu’une table de hachage ne sait pas faire ; un tas connaît toujours sa plus petite clé, mais guère plus. La dernière page pose la question du choix de la page à retirer de la mémoire. Pour faire le meilleur choix, il faudrait connaître l’avenir.

    1. 01Filtre de Bloom
    2. 02Arbre préfixe
    3. 03Tas binaire
    4. 04Remplacement de pages
  • Compter le travail, pas les secondesL3 · 4

    Un chronomètre mesure votre ordinateur. Compter les opérations mesure l'algorithme. Deux outils bâtis sur cette unique habitude.

    1. 01Croissance en grand O
    2. 02Course d'algorithmes de tri
    3. 03Explorateur d'arbres de récursivité
    4. 04Recherche de chemin
  • Pourquoi un algorithme est correctL3 · 4

    Un algorithme est correct pour une raison démontrable, et erroné pour une faille qu'un simple test saura révéler. Chaque page oppose une version valide à une implémentation fausse mais plausible : quatorze des seize manières d'écrire la recherche dichotomique échouent, l'algorithme glouton du rendu de monnaie se trompe sur les anciennes pièces britanniques mais jamais sur les centimes américains, Kruskal et Prim aboutissent au même résultat pour une raison précise, et un code conçu pour corriger un bit altéré aggrave la situation face à deux erreurs.

    1. 01Recherche dichotomique
    2. 02Rendu de monnaie
    3. 03Arbre couvrant minimal
    4. 04Code de Hamming

Sécurité

  • Comment casser les chiffresL1 · 5

    Chacun des chiffres étudiés ici dissimule les lettres, mais laisse transparaître autre chose. La substitution conserve le décompte des caractères, le chiffrement à mot-clé le range en colonnes, et le masque jetable réutilisé trahit les espaces. Seule une clé aléatoire aussi longue que le message ne laisse absolument rien filtrer. Reste la vraie difficulté : la faire parvenir au destinataire. Les deux dernières pages relèvent ce défi au grand jour.

    1. 01Chiffre de substitution
    2. 02Chiffre de Vigenère
    3. 03Masque jetable
    4. 04Diffie–Hellman
    5. 05RSA
  • Protéger un flux : révoquer un appareil, puis identifier lequelL3 · 2

    Deux moitiés d'un même problème, dans l'ordre où un studio les rencontre. D'abord, une clé a fuité et la licence doit continuer à fonctionner pour tous les autres. Vous découvrez que cette protection exige un en-tête qui ne croît absolument pas avec la taille du système. Vient ensuite la phase la plus ardue : savoir à qui appartenait la clé, à partir d'une copie que plusieurs abonnés ont fabriquée ensemble avec l'intention expresse de ne nommer personne.

    1. 01Révocation d'appareils
    2. 02Tatouage numérique

Signaux et information

Biologie & Chimie57

  • Horloges dans la rocheL2 · 3

    Une seule exponentielle, lue de trois manières. Dans le sens direct, elle vous indique ce qu'il reste ; à rebours, elle vous révèle l'âge d'un échantillon ; et appliquée à l'ADN plutôt qu'aux noyaux, il lui faut une roche en guise d'étalon.

    1. 01Décroissance radioactive
    2. 02Datation radiométrique
    3. 03Horloge moléculaire
  • La géométrie sur une surface courbeL2 · 4

    Sur une surface courbe, les règles démontrées sur le papier cessent de s'appliquer, et l'ampleur de leur défaillance mesure la courbure de l'intérieur. Un itinéraire rectiligne voit son cap dévier. Une flèche transportée sans pivoter revient désorientée. Un cercle révèle une circonférence inattendue, et dans le plan hyperbolique, aucun triangle ne peut contenir plus de π.

    1. 01Les grands cercles
    2. 02Le transport parallèle
    3. 03Le Theorema egregium
    4. 04Le plan hyperbolique
  • Pourquoi une réaction se produitL2 · 4

    La chaleur dégagée par une réaction ne décide pas de son déclenchement ; la glace fond en absorbant de la chaleur. Ces quatre pages établissent le bilan qui permet de trancher : l'enthalpie, qui s'additionne comme des équations ; l'enthalpie libre de Gibbs, qui correspond à une constante d'équilibre dans d'autres unités ; la différence entre faire varier K et faire varier Q ; et une pile qui lit cet écart sous la forme d'une tension.

    1. 01Loi de Hess
    2. 02Enthalpie libre de Gibbs
    3. 03Principe de Le Chatelier
    4. 04Équation de Nernst
  • Mélanges et solutionsL2 · 5

    Dans un mélange, un gaz agit à sa propre pression partielle, ce qui fixe la limite de profondeur d'un plongeur. Un liquide bout lorsque sa pression de vapeur rejoint la pression ambiante. Deux liquides qui se mélangent mal bloquent un alambic à environ 95,6 % d'éthanol en masse, les particules dissoutes font qu'un kelvin de gel vaut treize bars de pression osmotique, et un sel ne se dissout que jusqu'à ce que ses ions atteignent un produit constant.

    1. 01Pression partielle
    2. 02Pression de vapeur et ébullition
    3. 03Distillation fractionnée
    4. 04Propriétés colligatives
    5. 05Produit de solubilité
  • Croissance limitéeL2 · 4

    Ici, chaque population est freinée par un facteur limitant, et vous constatez que celui-ci se révèle moins clément à chaque étape. C'est d'abord la surpopulation qu'elle engendre elle-même, puis un prélèvement fixe opéré sur ses effectifs. Intervient ensuite un prédateur constituant une population à part entière. Survient enfin l'épuisement des personnes restant à infecter.

    1. 01Croissance logistique
    2. 02Prélèvement
    3. 03Prédateur et proie
    4. 04Épidémies
  • Comment s'élabore une prévision météorologiqueL3 · 3

    Une prévision projette dans le temps un modèle dont l'état initial échappe à toute certitude absolue. Les météorologues lancent donc de nombreuses simulations et laissent l'ampleur des désaccords dicter le niveau de confiance à accorder. La deuxième page décortique ce fonctionnement. Elle y révèle une défaillance sans aucun rapport avec le chaos. La troisième remonte aux équations formulées par Lorenz en 1963, au sein desquelles la position du calcul s'égare très vite, alors que la figure qu'il trace ne disparaît jamais.

    1. 01Prévision d'ensemble
    2. 02Météo sur une grille
    3. 03L'attracteur de Lorenz
  • Calculer avec des moléculesL4 · 5

    Cinq outils pour construire une seule démonstration : l'ADN est un véritable support de stockage et un véritable ordinateur. Tous deux se heurtent à des limites que vous pouvez calculer plutôt que de les deviner. Chaque étape transmet à la suivante un nombre précis.

    1. 01Stocker des données dans l’ADN
    2. 02L’échelle du calcul par ADN
    3. 03Le paradoxe de Levinthal
    4. 04Porte à déplacement de brin
    5. 05Énergie par opération