Le 23 juin 2019 à 23:03:19 EIBougnador a écrit :
Le 23 juin 2019 à 22:29:08 Kaitsuke a écrit :
J'ai une question. Tu peux m'expliquer simplement c'est quoi une variété ? J'ai fait une prépa caca et j'suis dans une école d'ingé pas fofolle. 
Une variété en dimension 1, c'est une courbe, en dimension 2, c'est une surface, etc. 
Si tu as un cercle classique dessiné quelque part dans l'espace et que tu ne sors jamais de la courbe, tu ne verras pas la différence avec une cordelette qui ferait un noeud avant de se refermer sur elle-même : dans les deux cas, juste, tu avances, tu découvres de la nouvelle portion de cordelette jusqu'à revenir sur tes pas et là t'as découvert tout l'univers.
Si tu t'intéresses à comment tu es réalisé dans l'espace de dimension plus grande, c'est la notion de sous-variété qui est pertinente.
La notion de variété peut même être définie sans faire la moindre référence à un "monde plus grand qui l'englobe". Par exemple, si tu prends la droite et que tu dis "ah ah, j'ajoute un point à l'infini qui relie les deux extrémités de la droite", tu définis le cercle sans jamais avoir inventé le plan(osef les puristes qui diront que je n'ai défini qu'une topologie et pas une variété, là : on peut se démerder et le but est de faire piger des trucs
; en vrai, j'attaque pas les puristes là, je me dédouane juste vis-à-vis de ma propre conscience
). Si tu regardes le film "Dimensions" de Alvarez-Ghys-Leys, tu te feras une bonne intuition de choses proches des variétés.
Après, il s'avère que toute variété peut être réalisée dans un espace vectoriel d'assez grande dimension, donc sous-variétés et variétés sont en gros les mêmes objets, mais avec deux points de vue différents : les variétés s'attachent à voir l'objet "de l'intérieur", de façon intrinsèque.
Enfin, on peut dire qu'une variété, c'est un objet patatoïdal sur lequel on peut faire du calcul différentiel. Patatoïdal, ça ne veut rien dire bien sûr : je veux juste dire que ce n'est pas un espace vectoriel ou je ne sais quoi : ça peut être une bouée, une sphère, etc.
En fait, une variété, c'est un objet qui, au voisinage de chaque point, "ressemble" à une portion d'espace vectoriel(sauf qu'il faut dire ce que signifie "ressembler" : et là, ça veut dire "est difféomorphe à" ; ça veut juste dire qu'on n'est pas obligés d'avoir un système de coordonnées qui se comporte exactement comme les coordonnées cartésiennes ; il faut juste que le changement de coordonnées entre monde vectoriel et "petit bout de la variété" se fasse via une bijection qui est différentiable dans les deux sens (elle est différentiable et sa réciproque aussi)).
Le graphe d'une fonction différentiable, c'est un exemple de sous-variété. L'ensemble des zéros d'une fonction différentiable "sympatoche", pareil ! Et localement, c'est une équivalence : si on prend un sous-variété et un point dans la sous-variété, et qu'on regarde suffisamment près autour de ce point, ce qu'on verra pourra s'exprimer comme le lieu des zéros d'une fonction sympatoche, et pourra se voir comme le graphe d'une fonction différentiable (quitte à tourner le graphe dans le bon sens pour éviter des couilles du genre "si je regarde le cercle de centre 0 et de rayon 1 autour du point le plus à droite, c'est mort" ; dans ce cas, il faut "tourner la tête" pour se dire "ah bah non, ça a bien une gueule de graphe de fonction sympa en fait").
Bon, le passage en gras avait le mérite de la simplicité mais il passe sous le tapis une chose assez importante. Parce que tel que c'est formulé, on a l'impression que toute portion d'un espace vectoriel est une variété, ce qui n'est pas le cas. Par exemple, une demi-sphère (où on conserve le cercle le long duquel on a coupé) n'est pas une variété (ni une sous-variété). Le problème, c'est que si on regarde au voisinage d'un point du cercle, notre portion ressemble pas à un voisinage d'un point dans le plan mais à un voisinage d'un point du bord dans un demi-plan. Donc en gros, ce qu'on veut, c'est que pour chaque point, on puisse trouver un voisinage qui ressemble à une boule dans R^n : on parle alors de variété de dimension n.