28 de mayo de 2012

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites (et des erreurs)

    le 28 de mayo de 2012 à 21:25, par Bernard Hanquez

    Bonsoir,

    Merci pour cet article, cette piste rouge est trop forte pour moi. Je suis loin d’avoir tout compris d’un de vue purement mathématique.

    Par contre j’ai beaucoup apprécié les considérations sur la validité, parfois temporaire, d’un théorème et ce que cela implique sur les démonstrations qui l’utilisent. Je n’avais jamais envisagé cet aspect des choses.

    Merci pour ces explications sur le rôle des erreurs dans l’histoire des mathématiques.

    Bernard

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    • L’histoire mouvementée des cycles limites (et des erreurs)

      le 29 de mayo de 2012 à 11:44, par Étienne Ghys

      Merci pour le merci !

      Etienne

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 28 de mayo de 2012 à 21:46, par TheBarber

    Waaah, j’ai trouvé cette histoire complètement dingue ! Il n’y a vraiment pas de volontaires pour lire le livre de M. Ilyashenko ? Les méthodes qu’il a utilisées sont peut-être très instructives !

    Et sinon, pour qu’un article soit publié, il doit être relu, et ce par plusieurs personnes, non ? N’est-ce donc pas là une preuve de la vérité de son contenu ? On m’a dit que les mathématiciens, bien souvent, ne lisent pas toutes les démonstrations de tous les théorèmes dont ils ont besoin... Si des accidents comme ceux que vous décrivez arrivent, comment faire confiance à ses propres recherches ?

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    • L’histoire mouvementée des cycles limites

      le 29 de mayo de 2012 à 11:58, par Étienne Ghys

      Les questions que vous posez sont excellentes ! Entre vérifier qu’un théorème est vrai ligne à ligne, argument par argument — ce qui pourrait prendre des années — et se convaincre qu’il est probablement vrai, en lisant en diagonale, et en vérifiant les arguments qui vont semblent centraux — au risque de laisser passer «la petite erreur qui met tout par terre» — eh bien, entre ces deux extrêmes il faut trouver le juste milieu. Pas facile ! Vous demandez «comment faire confiance» ? Je dirais, mais beaucoup de mes collègues ne seraient probablement d’accord, que s’il y a une erreur, ça finira bien par se savoir :-) N’oublions pas que toute la production mathématique est sous le «regard» de toute une communauté. Vous me direz qu’il y a peut-être des résultats faux qui resteront faux parce que personne ou presque ne les a lus... C’est probable, mais cela signifie peut-être qu’ils ne sont pas intéressants ! Alors oui, il y a sûrement des résultats faux, inintéressants et... oubliés de tous :-)

      Vous demandez aussi si un livre ou un article peut être publié sans avoir être lu. Officiellement la réponse est non : nous avons un système de validation que nous appelons du nom anglais «referee» (arbitrage). Mais il y aurait beaucoup à dire sur ce système qui a ses qualités... et ses défauts. Ce serait un excellent thème pour un article de Images des Maths !

      Etienne

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      • L’histoire mouvementée des cycles limites

        le 31 de mayo de 2012 à 03:09, par TheBarber

        Je vous ai posé ces questions parce que je souhaiterais moi-même être mathématicien, un jour.

        Au début de mes études, j’avais l’impression que les maths étaient le monde de la sécurité, que l’édifice était inébranlable, et qu’il me suffirait de mettre les mains sur les prises pour l’escalader.

        Mais entre croire à un théorème et savoir que la démonstration en est valide, il y a un monde, non ? L’escalade paraît alors bien plus dangereuse, si l’on se rend compte que les prises posées par les grimpeurs précédents n’ont peut-être pas été bien vissées.

        Et quand je me dis que si je deviens mathématicien, je serai sûrement forcé, un jour, d’avancer dans la persuasion et non plus dans la certitude, je suis très inquiet...
        Cette démarche me paraît terrifiante, parce que non seulement on n’est peut-être pas sûr de ce qu’il y a sous les pieds, mais on n’est donc pas tout à fait sûr non plus de ce qu’on construit soi-même ; et je me dis que cela pourrait presque relever de la «malhonnêteté» (bon, le mot est peut-être un peu fort) envers soi et envers d’autres qui pourraient nous suivre dans cette voie incertaine.

        Alors, je voulais savoir un peu si vous, dans le cadre de vos recherches, vous étiez parfois confronté à ces émotions, si vous y étiez sensible, et comment vous arriviez à surmonter les doutes...

        Je sais que mes questions relèvent à présent plus de l’affectif que des maths, et j’espère ne pas trop m’éloigner du sujet ; je crois tout de même que les chercheurs collaborant avec Images des Maths sont des passionnés, et que mes interrogations ont peut-être quand même leur place dans ces commentaires.

        TheBarber

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        • L’histoire mouvementée des cycles limites

          le 31 de mayo de 2012 à 08:38, par Étienne Ghys

          «Je sais que mes questions relèvent à présent plus de l’affectif que des maths, et j’espère ne pas trop m’éloigner du sujet ;»

          Au contraire ! Là encore on pourrait comparer les opinions des chercheurs en maths, mais en ce qui me concerne, l’un des intérêts principaux des maths est l’aspect social de cette activité. Cela entraîne en effet un travail collectif ! Un résultat mathématique vient toujours dans un contexte, à la suite d’autres résultats qu’il vient corroborer et solidifier. Le plus souvent, un nouveau résultat éclaire un ancien et d’une certaine façon est une vérification supplémentaire des résultats passés. Un théorème n’est que rarement une statue de marbre isolée dans un musée :-) Cela dit, il ne faudrait pas non plus exagérer mon propos : l’immense majorité des articles publiés ne contiennent pas d’erreur ! Et bien sûr, les résultats qui ont été beaucoup utilisés, qui ont un certain âge, qui ont été confrontés aux autres, sont «sûrs» ! Comme je le dis dans l’article, je ne me fais pas de soucis pour le théorème de Pythagore, qui a été présenté de tant de façons, au point que d’une certaine manière il a été promu comme une définition des espaces euclidiens ;-)

          Le processus de vérification des articles par referee, qui consiste à l’envoyer à un ou plusieurs experts avant publication, a fait ses preuves même s’il n’est pas infaillible. C’est aussi un aspect «social».

          On pourrait bien sûr parler ici des méthodes récentes de vérification de preuves par ordinateurs. Ces méthodes sont de plus en plus efficaces même si elles ne peuvent s’appliquer qu’à des parties des maths qui sont complètement formalisées, ou plus précisément dont les théorèmes se rédigent de manière formalisée. Je vois mal par exemple comment la preuve de la conjecture de Poincaré ou même celle du théorème de Fermat pourrait être vérifiée par ordinateur, mais je me trompe peut-être ? Très sincèrement, le jour où les ordinateurs pourront vérifier mes résultats, je me sentirai frustré et mon intérêt pour les maths faiblira ! Heureusement, je ne suis pas convaincu que ce jour arrivera :-)

          Je recommande deux lectures. Celle du texte de Poincaré «L’invention mathématique» et celui de Thurston «On proofs and progresses in mathematics».

          Il y a aussi les preuves probabilistes, dont j’ai parlé ici par exemple.

          Je dois dire que dans la vie de chercheur, la peur de l’erreur est permanente et qu’elle fait partie du métier. J’avais évoqué cela dans un billet.

          Des émotions, des doutes, de l’affectif... oui il y en a, et c’est tant mieux !

          Encore une fois, tout le monde n’est pas d’accord avec moi sur ces questions !

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        • L’histoire mouvementée des cycles limites

          le 3 de junio de 2012 à 00:21, par Rémi Peyre

          Bonjour TheBarber,

          Je me permets d’apporter un complément (ou plutôt un angle de vue différent) à la réponse de l’auteur.

          Si vous avez lu les autres commentaires, vous aurez pu constater que mon point de vue se rapproche beaucoup plus du vôtre que de celui d’Étienne Ghys (bien que j’aie pour ce dernier le plus grand respect et que sa sagesse dépasse très largement la mienne): en mon sens en effet, les aspects sociaux de la connaissance scientifique relèvent de l’anecdote [quoique j’attache une grande importance aux aspects sociaux du travail de recherche, mais cela est différent], et la force des mathématiques est bel et bien leur solidité inébranlable — au moins en théorie.

          Toutefois, je peux vous répondre sans ambiguïté que je n’ai jamais été pris par le doute que vous évoquez. Déjà, parce qu’un mathématicien dispose d’une grande liberté sur le choix de son sujet de recherche. Mais surtout, parce que quand on travaille sur un thème de recherche donné, on est amené à lire les travaux centraux de ce champ de recherches pour s’inspirer de leurs idées! Il ne faut pas s’imaginer qu’on prend les théorèmes de nos prédécesseurs comme autant de «boîtes noires» (quoique cela puisse arriver pour certains types de résutats, mais ceux-ci sont alors vérifiés beaucoup plus scrupuleusement justement à cause de leur utilisation possible comme «outils»): en général, un mathématicien cherche d’abord à être convaincu lui-même de la véracité d’un théorème avant de l’utiliser, ne serait-ce que parce qu’il est curieux de savoir «d’où ça vient»... :-)

          Contrairement à Étienne, je suis favorable à fond à l’automatisation de la vérification des preuves. Mais je le rejoins sur un point: l’intérêt d’une preuve est moins d’être juste que d’être compréhensible! Pour moi, prouver un résultat n’a guère d’intérêt si sa preuve n’est pas suffisamment explicable pour en convaincre un collègue en quelques heures. Parce qu’à mes yeux l’intérêt des mathématiques est moins de savoir que de comprendre... Mais là aussi, sachez-le, des tas d’autres points de vue existent.

          Quant à votre vocation de mathématicien, je vous en félicite et espère que vous continuerez avec succès dans cette voie ! :-D

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          • L’histoire mouvementée des cycles limites

            le 3 de junio de 2012 à 06:48, par Étienne Ghys

            Merci à Rémy pour son angle de vue différent, qui n’est pas si différent au bout du compte !

            «les aspects sociaux de la connaissance scientifique relèvent de l’anecdote»
            C’est en effet le point sur lequel nos avis divergent.

            « quand on travaille sur un thème de recherche donné, on est amené à lire les travaux centraux de ce champ de recherches pour s’inspirer de leurs idées !»

            Tout à fait d’accord et c’est d’ailleurs ce que je crois avoir dit également.

            « Il ne faut pas s’imaginer qu’on prend les théorèmes de nos prédécesseurs comme autant de « boîtes noires » »
            Nous sommes bien d’accord mais je dois bien constater que beaucoup de mathématiciens ne suivent pas cette sage maxime.

            «(quoique cela puisse arriver pour certains types de résutats, mais ceux-ci sont alors vérifiés beaucoup plus scrupuleusement justement à cause de leur utilisation possible comme « outils ») :»

            Que veux-tu dire par là ? Sont-ils soumis à une évaluation plus précise ? Je ne le crois pas. En revanche, s’ils sont utilisés souvent, il sont «mis en situation» à de nombreuses reprises et les erreurs éventuelles sont détectées. C’est un peu ce que je disais. Le théorème de Pythagore est solide parce que s’il y avait une erreur, on le saurait depuis le temps ! et en plus je connais plusieurs preuves !


            « en général, un mathématicien cherche d’abord à être convaincu lui-même de la véracité d’un théorème avant de l’utiliser, ne serait-ce que parce qu’il est curieux de savoir « d’où ça vient »... :-)»

            Je suis complètement d’accord avec ça. Etre convaincu et démontrer sont deux choses différentes.

            Note que tes expressions «vérifié plus scrupuleusement» ou «être convaincu» vont dans mon sens et nous éloignent de la «solidité inébranlable» que tu évoquais.

            «Contrairement à Étienne, je suis favorable à fond à l’automatisation de la vérification des preuves. »

            Sur ce point, je me suis mal exprimé. J’y suis favorable mais je voulais dire que je les vois mal utilisable dans la majorité des cas.

            «Mais je le rejoins sur un point : l’intérêt d’une preuve est moins d’être juste que d’être compréhensible ! Pour moi, prouver un résultat n’a guère d’intérêt si sa preuve n’est
            pas suffisamment explicable pour en convaincre un collègue en quelques heures. Parce qu’à mes yeux l’intérêt des mathématiques est moins de savoir que de comprendre... Mais là aussi, sachez-le, des tas d’autres points de vue existent.»

            D’ac !

            «Quant à votre vocation de mathématicien, je vous en félicite et espère que vous continuerez avec succès dans cette voie ! :-D»

            Et d’accord là aussi !

            Ca fait beaucoup de points d’accord :-)

            Amitiés,

            Etienne

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 29 de mayo de 2012 à 00:48, par Julien Olivier

    En tant que non-spécialiste des équations différentielles le théorème de Dulac (ou Dulac-Ecalle-Ilyashenko je ne sais pas comment il faut s’y référer) ne me semble pas du tout anodin pour la raison suivante: H(1) est, me semble-t-il, infini? (Je pense au système x’=-y, y’=x).

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    • L’histoire mouvementée des cycles limites

      le 29 de mayo de 2012 à 12:01, par Étienne Ghys

      Regardez bien la définition d’un cycle limite : il s’agit d’une trajectoire périodique isolée, c’est-à-dire telle que les trajectoires voisines ne sont pas toutes périodiques. Dans votre exemple, toutes les trajectoires sont périodiques et aucune d’elles n’est donc isolée. Il n’y a pas de cycles limites. Si vous préférez, il y a des cycles mais ils ne sont pas limites !

      Etienne

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 29 de mayo de 2012 à 11:40, par Rémi Peyre

    Cher Étienne,

    Merci pour ce passionnant article. En ce qui me concerne, j’aurais tendance à porter un jugement beaucoup plus sévère que toi sur cette incroyable accumulation de preuves erronées: ça ne fait vraiment pas sérieux... Cette histoire, que tu présentes plus ou moins comme une illustration de la beauté du monde de la recherche, ne serait-elle pas plutôt une invitation pour les mathématiciens à se remettre en question? C’est en tout cas mon point de vue. À l’heure où on parle de «slow science», j’y verrais une incitation à travailler plus lentement, mais mieux!

    Amicalement.

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    • L’histoire mouvementée des cycles limites

      le 29 de mayo de 2012 à 12:05, par Étienne Ghys

      Cher Rémi,

      Voilà un débat passionnant ! Il ne faut pas croire que je défends les erreurs, bien sûr ! Je voulais juste dire aux lecteurs d’IdM que parfois les maths ne sont pas aussi «vraies ou fausses» que ce qu’on croit. Si on pouvait éliminer toutes les erreurs, ce serait parfait, mais comment faire ?

      Ta conclusion : «travailler mieux et plus lentement» me va parfaitement ! Cela dit, l’histoire que je raconte ne s’est pas non plus faite dans la précipitation.

      Amitiés,

      Etienne

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 31 de mayo de 2012 à 13:39, par Jacques Lafontaine

    J’arrive un peu tard dans le débat, mais pourquoi ne pas répéter que l’article est passionnant ? Juste une petite erreur (pas du même ordre que celle de Dulac !). Le Martinet du quatuor
    Ecalle-Martinet-Moussu-Ramis est Jean Martinet (trop tôt disparu hélas).

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    • L’histoire mouvementée des cycles limites

      le 31 de mayo de 2012 à 14:20, par Étienne Ghys

      Oups ! Merci de me le signaler. L’avantage d’internet, c’est qu’on peut corriger les coquilles... Voilà qui et fait.

      En effet, Jean Martinet était un homme remarquable. On peut lire ici un texte de Jean-Pierre Ramis sur son ami Jean Martinet.

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 4 de junio de 2012 à 22:32, par ROUX

    Quel plaisir de lire cet article et les commentaires précédents.

    Quel plaisir!

    Et un travail peut parfois ne même pas avoir la qualité d’être faux...

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    • How to find a gap in a seminal paper

      le 20 de septiembre de 2013 à 17:01, par Sergei Yakovenko

      Dear Etienne,

      many thanks for the vivid account of the story which was indeed so dramatic in its unfolding!

      Having observed the events of the decade 1980-1990 from very close, I venture to add a bit to your story. It seems to be not accidental that Ilyashenko found the gap in the Dulac’s proof.

      The memoir by Dulac, published in the journal of limited availability in the Soviet libraries, was translated into Russian in the form of a separate book in 1980. This increased very much its readership, and Yulij was one of such readers.

      At this moment he was actively involved in supervising the research of Sergei Voronin, whose goal was to understand the nature of the divergence of normalizing transformations. In other words, Ilyashenko at that time was very well aware of the abyss separating analytic and formal theory.

      Thus it was only natural for him to skim over the technical part of integrating the normal forms (the more so since the recent work by Dumortier on resolution of singularities of smooth vector fields was fresh out of print then, absorbing much of the technical difficulties) and turn to the key point where the analytic and the formal theories necessarily must diverge. Not surprisingly, they diverged as expected, exposing the crucial gap.

      Which brings me to the other point which you discussed in your essay: when a statement becomes a theorem. Having observed a number of cases where deep errors where discovered, I can distinguish a certain common pattern. The errors are only rarely discovered by line-by-line thorough checking, the more so since all too often the expositions contain minor error, misprints, abuse of notation and other blemishes which do not invalidate the main points of the authors. The real gaps are discovered when someone else, struggling with a similar or related problem, realizes that somehow the source of difficulties in the two problems is the same. Knowing that, one can usually rather quickly find an instance where the crucial step occurs. If the demonstration was indeed correct, some of the ideas can be recycled in the new context, resulting in the independent verification of the claim. Conversely, if the argument was incorrect, then the suspicious place is already localized. By the way, it may indeed very well happen that Dumortier, who worked in the smooth category where before him Bendixson and Seidenberg treated the analytic case, was also specially aware about the key difference between the formal (and smooth for that sake) and analytic contexts. This might explain his interest in verifying the Dulac’s arguments.

      Unfortunately, I happened to come across some people (mainly from humanities), who stress the fact that the mathematical truth is a matter of social consent. Based on that, they attempt to equate the validity mathematical statements with those in sciences and even in humanities.

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  • L’histoire mouvementée des cycles limites

    le 20 de septiembre de 2013 à 18:51, par Étienne Ghys

    Dear Sergei,

    Thanks for your interesting comments.

    Etienne

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