Sophie Germain - Sophie Germain

Sophie Germain
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Marie-Sophie Germain
Née ( 1776-04-01 )1er avril 1776
Rue Saint-Denis, Paris, France
Décédés 27 juin 1831 (1831-06-27)(55 ans)
Paris, France
Nationalité français
Connu pour Théorie de l'élasticité et théorie des nombres (ex : nombres premiers de Sophie Germain )
Carrière scientifique
Des champs Mathématicien , physicien et philosophe
Conseillers académiques Carl Friedrich Gauss (correspondant épistolaire)
Remarques
Autre nom : Auguste Antoine Le Blanc

Marie-Sophie Germain ( français :  [maʁi sɔfi ʒɛʁmɛ̃] ; 1er avril 1776 - 27 juin 1831) était une mathématicienne , physicienne et philosophe française . Malgré l'opposition initiale de ses parents et les difficultés présentées par la société, elle s'est instruite dans les livres de la bibliothèque de son père, dont ceux de Leonhard Euler , et dans la correspondance avec des mathématiciens célèbres tels que Lagrange , Legendre et Gauss (sous le pseudonyme de « Monsieur LeBlanc »). L'une des pionnières de la théorie de l' élasticité , elle a remporté le grand prix de l' Académie des sciences de Parispour son essai sur le sujet. Son travail sur le dernier théorème de Fermat a fourni une base aux mathématiciens explorant le sujet pendant des centaines d'années après. En raison de préjugés contre son sexe, elle n'a pas pu faire carrière dans les mathématiques, mais elle a travaillé de manière indépendante tout au long de sa vie. Avant sa mort, Gauss avait recommandé qu'elle reçoive un diplôme honorifique, mais cela ne s'est jamais produit. Le 27 juin 1831, elle meurt d'un cancer du sein. Au centenaire de sa vie, une rue et une école de filles portent son nom. L'Académie des sciences a créé le prix Sophie Germain en son honneur.

Début de la vie

Famille

Marie-Sophie Germain est née le 1er avril 1776, à Paris, en France, dans une maison de la rue Saint-Denis. Selon la plupart des sources, son père, Ambroise-François, était un riche marchand de soie, bien que certains pensent qu'il était orfèvre . En 1789, il est élu représentant de la bourgeoisie aux États-Généraux , qu'il voit se transformer en Assemblée constitutionnelle . On suppose donc que Sophie a été témoin de nombreuses discussions entre son père et ses amis sur la politique et la philosophie. Gray propose qu'après sa carrière politique, Ambroise-François soit devenu directeur d'une banque ; en tout cas, la famille est restée assez aisée pour soutenir Germain tout au long de sa vie d'adulte.

Marie-Sophie avait une sœur cadette, nommée Angélique-Ambroise, et une sœur aînée, nommée Marie-Madeline. Sa mère s'appelait également Marie-Madeline, et cette pléthore de "Maries" a peut-être été la raison pour laquelle elle est passée par Sophie. Le neveu de Germain Armand-Jacques Lherbette, fils de Marie-Madeline, a publié une partie de l'œuvre de Germain après sa mort (voir Travail en philosophie ).

Introduction aux mathématiques

Quand Germain a 13 ans, la Bastille tombe et l'atmosphère révolutionnaire de la ville l'oblige à rester à l'intérieur. Pour se divertir, elle s'est tournée vers la bibliothèque de son père. Elle y trouva L'Histoire des Mathématiques de JE Montucla , et son histoire de la mort d' Archimède l' intrigua.

Sophie Germain pensait que si la méthode géométrique, qui se référait à l'époque à toutes les mathématiques pures, pouvait exercer une telle fascination pour Archimède, c'était un sujet digne d'étude. Elle s'est donc penchée sur tous les livres de mathématiques de la bibliothèque de son père, s'enseignant même le latin et le grec, afin de pouvoir lire des ouvrages comme ceux de Sir Isaac Newton et Leonhard Euler . Elle a également apprécié le Traité d'Arithmétique d' Étienne Bézout et Le Calcul Différentiel de Jacques Antoine-Joseph Cousin . Plus tard, Cousin a rendu visite à Germain à la maison, l'encourageant dans ses études.

Les parents de Germain n'approuvaient pas du tout sa soudaine fascination pour les mathématiques, jugées alors inappropriées pour une femme. À la tombée de la nuit, ils lui refusaient des vêtements chauds et un feu pour sa chambre pour essayer de l'empêcher d'étudier, mais après leur départ, elle sortait des bougies, s'enveloppait dans des couettes et faisait des mathématiques. Après un certain temps, sa mère l'a même secrètement soutenue.

École polytechnique

Entrée du bâtiment historique de l'École polytechnique

En 1794, alors que Germain a 18 ans, l' École Polytechnique ouvre ses portes. En tant que femme, Germain a été exclue, mais le nouveau système d'éducation a rendu les « notes de cours disponibles à tous ceux qui ont demandé ». La nouvelle méthode exigeait également que les étudiants « soumettent des observations écrites ». Germain a obtenu les notes de cours et a commencé à envoyer son travail à Joseph Louis Lagrange , un membre du corps professoral. Elle a utilisé le nom d'un ancien élève Monsieur Antoine-Auguste Le Blanc, "craignant", comme elle l'expliqua plus tard à Gauss, "le ridicule attaché à une femme scientifique". Lorsque Lagrange a vu l'intelligence de M. Le Blanc, il a demandé une rencontre, et ainsi Sophie a été forcée de révéler sa véritable identité. Heureusement, Lagrange s'en fichait que Germain soit une femme, et il devint son mentor.

Premiers travaux en théorie des nombres

Correspondance avec Legendre

Germain s'est intéressé pour la première fois à la théorie des nombres en 1798 lorsque Adrien-Marie Legendre a publié Essai sur la théorie des nombres . Après avoir étudié l'œuvre, elle a ouvert une correspondance avec lui sur la théorie des nombres, et plus tard, l' élasticité . Legendre a montré une partie du travail de Germain dans le Supplément à sa deuxième édition de la Théorie des Nombres , où il l'appelle très ingénieuse ("très ingénieux"). Voir aussi son travail sur le dernier théorème de Fermat ci-dessous.

Correspondance avec Gauss

Carl Friedrich Gauss

L'intérêt de Germain pour la théorie des nombres a été renouvelé lorsqu'elle a lu l' œuvre monumentale Disquisitiones Arithmeticae de Carl Friedrich Gauss . Après trois ans à travailler sur les exercices et à essayer ses propres preuves pour certains des théorèmes, elle écrivit, toujours sous le pseudonyme de M. Le Blanc, à l'auteur lui-même, qui avait un an de moins qu'elle. La première lettre, datée du 21 novembre 1804, parlait des Disquisitions de Gauss et présentait certains des travaux de Germain sur le dernier théorème de Fermat . Dans la lettre, Germain prétend avoir prouvé le théorème pour n  =  p  − 1, où p est un nombre premier de la forme p  = 8 k  + 7. Cependant, sa preuve contenait une hypothèse faible, et la réponse de Gauss n'a pas commenté sur la preuve de Germain.

Vers 1807 (les sources diffèrent), pendant les guerres napoléoniennes, les Français occupaient la ville allemande de Braunschweig , où vivait Gauss. Germain, inquiet à l'idée de subir le sort d'Archimède, écrivit au général Pernety, un ami de la famille, lui demandant d'assurer la sécurité de Gauss. Le général Pernety envoya le chef d'un bataillon rencontrer personnellement Gauss pour s'assurer qu'il était en sécurité. En fin de compte, Gauss allait bien, mais il était confus par la mention du nom de Sophie.

Trois mois après l'incident, Germain a révélé sa véritable identité à Gauss. Il a répondu:

Comment décrire mon étonnement et mon admiration en voyant mon estimé correspondant M. Le Blanc se métamorphoser en ce personnage célèbre... problèmes épineux de la théorie des nombres, mais surmonte ces entraves et pénètre ce qui est le plus caché, elle a sans aucun doute le courage le plus noble, un talent extraordinaire et un génie supérieur.

Les lettres de Gauss à Olbers montrent que ses éloges pour Germain étaient sincères. Dans la même lettre de 1807, Germain prétendait que si est de la forme , alors est aussi de cette forme. Gauss a répondu avec un contre-exemple : peut être écrit comme , mais ne peut pas.

Bien que Gauss ait une bonne opinion de Germain, ses réponses à ses lettres étaient souvent retardées et il ne revoyait généralement pas son travail. Finalement, ses intérêts se détournèrent de la théorie des nombres et, en 1809, les lettres cessèrent. Malgré l'amitié de Germain et Gauss, ils ne se sont jamais rencontrés.

Travailler en élasticité

Première tentative de Germain pour le Prix de l'Académie

Ernst Florens Friedrich Chladni

Lorsque la correspondance de Germain avec Gauss cessa, elle s'intéressa à un concours parrainé par l'Académie des sciences de Paris concernant les expériences d' Ernst Chladni avec des plaques métalliques vibrantes. L'objet du concours, comme indiqué par l'Académie, était « de donner la théorie mathématique de la vibration d'une surface élastique et de comparer la théorie à des preuves expérimentales ». Le commentaire de Lagrange selon lequel une solution au problème nécessiterait l'invention d'une nouvelle branche d' analyse a dissuadé tous les concurrents sauf deux, Denis Poisson et Germain. Puis Poisson a été élu à l'Académie, devenant ainsi juge au lieu d'un candidat, et laissant Germain comme seul participant au concours.

En 1809, Germain commence à travailler. Legendre l'a aidé en lui donnant des équations, des références et des recherches en cours. Elle soumit son article au début de l'automne 1811 et ne remporta pas le prix. La commission de jugement a estimé que « les vraies équations du mouvement n'étaient pas établies », même si « les expériences ont présenté des résultats ingénieux ». Lagrange a pu utiliser le travail de Germain pour dériver une équation qui était "correcte sous des hypothèses spéciales".

Tentatives ultérieures pour le Prix

Le concours a été prolongé de deux ans et Germain a décidé de réessayer pour le prix. Au début, Legendre a continué à offrir son soutien, mais ensuite il a refusé toute aide. La soumission anonyme de Germain de 1813 était encore jonchée d'erreurs mathématiques, impliquant en particulier des intégrales doubles , et elle n'a reçu qu'une mention honorable parce que « la base fondamentale de la théorie [des surfaces élastiques] n'a pas été établie ». Le concours s'est prolongé une fois de plus et Germain a commencé à travailler sur sa troisième tentative. Cette fois, elle consulta Poisson. En 1814, il publie son propre ouvrage sur l'élasticité et ne reconnaît pas l'aide de Germain (bien qu'il ait travaillé avec elle sur le sujet et, en tant que juge à la commission de l'Académie, ait eu accès à son travail).

Germain a soumis son troisième article, " Recherches sur la théorie des surfaces élastiques ", sous son propre nom, et le 8 janvier 1816, elle est devenue la première femme à remporter un prix de l'Académie des sciences de Paris. Elle ne s'est pas présentée à la cérémonie pour recevoir son prix. Bien que Germain ait enfin reçu le prix extraordinaire , l'Académie n'était toujours pas pleinement satisfaite. Germain avait dérivé l' équation différentielle correcte (un cas particulier de l' équation de Kirchhoff-Love ), mais sa méthode ne prédisait pas les résultats expérimentaux avec une grande précision, car elle s'était appuyée sur une équation incorrecte d'Euler, ce qui conduisait à des conditions aux limites incorrectes. Voici l'équation finale de Germain pour la vibration d'une lame plane :

N 2 est une constante.

Après avoir remporté le concours de l'Académie, elle n'a toujours pas pu assister à ses sessions en raison de la tradition de l'Académie d'exclure les femmes autres que les épouses des membres. Sept ans plus tard, cette situation se transforme, lorsqu'elle se lie d'amitié avec Joseph Fourier , secrétaire de l'Académie, qui lui obtient des billets pour les séances.

Travail ultérieur en élasticité

Recherches sur la théorie des surfaces élastiques , 1821

Germain a publié son essai primé à ses frais en 1821, principalement parce qu'elle voulait présenter son travail en opposition à celui de Poisson. Dans l'essai, elle a souligné certaines des erreurs dans sa méthode.

En 1826, elle soumet une version révisée de son essai de 1821 à l'Académie. Selon Andrea Del Centina, la révision comprenait des tentatives pour clarifier son travail en « introduisant certaines hypothèses simplificatrices ». Cela a mis l'Académie dans une position embarrassante, car ils estimaient que le papier était "inadéquat et insignifiant", mais ils ne voulaient pas "la traiter comme une collègue professionnelle, comme ils le feraient pour n'importe quel homme, en rejetant simplement le travail". Ainsi Augustin-Louis Cauchy , qui avait été nommé pour réviser son travail, lui a recommandé de le publier, et elle a suivi son conseil.

Un autre ouvrage de Germain sur l'élasticité fut publié à titre posthume en 1831, son " Mémoire sur la courbure des surfaces ". Elle a utilisé la courbure moyenne dans ses recherches (voir Honneurs en théorie des nombres ).

Travaux ultérieurs en théorie des nombres

Regain d'intérêt

Le meilleur travail de Germain était en théorie des nombres, et sa contribution la plus significative à la théorie des nombres concernait le dernier théorème de Fermat. En 1815, après le concours d'élasticité, l'Académie offrit un prix pour une démonstration du dernier théorème de Fermat. Cela a ravivé l'intérêt de Germain pour la théorie des nombres, et elle a de nouveau écrit à Gauss après dix ans sans correspondance.

Dans la lettre, Germain a dit que la théorie des nombres était son domaine de prédilection et que c'était dans son esprit tout le temps qu'elle étudiait l'élasticité. Elle a décrit une stratégie pour une preuve générale du dernier théorème de Fermat, y compris une preuve pour un cas particulier. La lettre de Germain à Gauss contenait ses progrès substantiels vers une preuve. Elle a demandé à Gauss si son approche du théorème valait la peine d'être poursuivie. Gauss n'a jamais répondu.

Son travail sur le dernier théorème de Fermat

Le dernier théorème de Fermat peut être divisé en deux cas. Le cas 1 implique toutes les puissances p qui ne divisent aucun de x , y ou z . Le cas 2 inclut tous les p qui divisent au moins l'un de x , y ou z . Germain a proposé le suivant, communément appelé " théorème de Sophie Germain " :

Soit p un nombre premier impair. S'il existe un nombre premier auxiliaire P  = 2 Np  + 1 ( N est tout entier positif non divisible par 3) tel que :

  1. si x p  +  y p  +  z p  0 ( mod P ), alors P divise xyz , et
  2. p n'est pas un p- ième résidu de puissance (mod P ).

Alors le premier cas du dernier théorème de Fermat est vrai pour p .

Germain a utilisé ce résultat pour prouver le premier cas du dernier théorème de Fermat pour tous les nombres premiers impairs p  < 100, mais selon Andrea Del Centina, « elle avait en fait montré qu'il était valable pour chaque exposant p  < 197 ». LE Dickson a ensuite utilisé le théorème de Germain pour prouver le premier cas du dernier théorème de Fermat pour des nombres premiers impairs inférieurs à 1700.

Dans un manuscrit inédit intitulé Remarque sur l'impossibilité de satisfaire en nombres entiers a l'équation x p  + y p  = z p , Germain a montré que tout contre-exemple au théorème de Fermat pour p  > 5 doit être des nombres « dont la taille effraie l'imagination » , environ 40 chiffres. Germain n'a pas publié cet ouvrage. Son brillant théorème n'est connu que grâce à la note de bas de page du traité de théorie des nombres de Legendre, où il l'a utilisé pour prouver le dernier théorème de Fermat pour p  = 5 (voir Correspondance avec Legendre ). Germain a également prouvé ou presque prouvé plusieurs résultats attribués à Lagrange ou redécouverts des années plus tard. Del Centina déclare qu'« après presque deux cents ans, ses idées étaient toujours centrales », mais finalement sa méthode n'a pas fonctionné.

Travailler en philosophie

En plus des mathématiques, Germain a étudié la philosophie et la psychologie . Elle voulait classer les faits et les généraliser en lois qui pourraient former un système de psychologie et de sociologie, alors en train de naître. Sa philosophie a été très appréciée par Auguste Comte .

Deux de ses ouvrages philosophiques, Pensées diverses et Considérations générales sur l'état des sciences et des lettres, aux différentes époques de leur culture , ont été publiés, tous deux à titre posthume. Cela était dû en partie aux efforts de Lherbette, son neveu, qui rassembla ses écrits philosophiques et les publia. Pensées est une histoire des sciences et des mathématiques commentée par Germain. Dans Considérations , l'ouvrage admiré de Comte, Germain soutient qu'il n'y a pas de différences entre les sciences et les humanités .

Dernières années

En 1829, Germain apprit qu'elle avait un cancer du sein. Malgré la douleur, elle a continué à travailler. En 1831, le Journal de Crelle publia son article sur la courbure des surfaces élastiques et « une note sur la recherche de y et z dans ». Mary Gray rapporte : « Elle a également publié dans Annales de chimie et de physique un examen des principes qui ont conduit à la découverte des lois de l'équilibre et du mouvement des solides élastiques. Le 27 juin 1831, elle meurt dans la maison du 13 rue de Savoie.

Malgré les acquis intellectuels de Germain, son acte de décès la mentionne comme « rentière – rentière » (titulaire de la propriété), et non comme « mathématicienne ». Mais son travail n'était pas méconnu de tous. Lorsque la question des diplômes honorifiques fut soulevée à l' Université de Göttingen en 1837, six ans après la mort de Germain, Gauss se lamenta : « elle [Germain] a prouvé au monde que même une femme peut accomplir quelque chose de valable dans la plus rigoureuse et la plus abstraite des sciences et pour cette raison aurait bien mérité un diplôme honorifique".

Honneurs

Mémoriaux

Tombe de Sophie Germain au cimetière du Père Lachaise

Le lieu de repos de Germain au cimetière du Père Lachaise à Paris est marqué par une pierre tombale. Lors de la célébration du centenaire de sa vie, une rue et une école de filles portent son nom et une plaque est apposée dans la maison où elle est décédée. L'école abrite un buste commandé par la Mairie de Paris.

En janvier 2020, Satellogic , société d'imagerie et d'analyse d' observation de la Terre à haute résolution , a lancé un micro-satellite de type ÑuSat nommé en l'honneur de Sophie Germain.

Honneurs en théorie des nombres

E. Dubouis a défini un sophien d'un nombre premier n comme étant un nombre premier θθ  =  kn  + 1 , pour un tel n qui donne θ tel que x n  =  y n  + 1 (mod θ ) n'a pas de solution lorsque x et y sont premiers à n .

Un nombre premier de Sophie Germain est un nombre premier p tel que 2 p  + 1 est également premier.

La courbure de Germain (également appelée courbure moyenne ) est , où k 1 et k 2 sont les valeurs maximale et minimale de la courbure normale.

L'identité de Sophie Germain indique que pour tout { x , y } ,

des reproches

Louanges et critiques contemporaines

Vesna Petrovich a constaté que la réponse du monde instruit à la publication en 1821 de l'essai primé de Germain « allait de poli à indifférent ». Pourtant, certains critiques en ont fait l'éloge. De son essai en 1821, Cauchy dit : « [c'était] un ouvrage pour lequel le nom de son auteur et l'importance du sujet méritaient tous deux l'attention des mathématiciens ». Germain a également été inclus dans le livre de HJ Mozans " Woman in Science ", bien que Marilyn Bailey Ogilvie affirme que la biographie " est inexacte et que les notes et la bibliographie ne sont pas fiables ". Néanmoins, il cite le mathématicien Claude-Louis Navier disant que "c'est un ouvrage que peu d'hommes sont capables de lire et qu'une seule femme a su écrire".

Les contemporains de Germain avaient aussi de bonnes choses à dire concernant ses travaux en mathématiques. Gauss avait certainement une haute estime d'elle et reconnaissait que la culture européenne présentait des difficultés particulières à une femme en mathématiques (voir Correspondance avec Gauss ).

Louanges et critiques modernes

La vision moderne reconnaît généralement que même si Germain avait un grand talent de mathématicien, son éducation aléatoire l'avait laissée sans la base solide dont elle avait besoin pour vraiment exceller. Comme l'explique Gray, "le travail de Germain en élasticité souffrait généralement d'un manque de rigueur, qui pourrait être attribué à son manque de formation formelle dans les rudiments de l'analyse." Petrovich ajoute: "Cela s'est avéré être un handicap majeur lorsqu'elle ne pouvait plus être considérée comme une jeune prodige à admirer mais qu'elle était jugée par ses pairs mathématiciens."

Malgré les problèmes avec la théorie des vibrations de Germain, Gray déclare que "le travail de Germain a été fondamental dans le développement d'une théorie générale de l'élasticité". Mozans écrit, cependant, que lorsque la tour Eiffel a été construite et que les architectes ont inscrit les noms de 72 grands scientifiques français, le nom de Germain n'était pas parmi eux, malgré l'importance de son travail pour la construction de la tour. Mozans a demandé: "A-t-elle été exclue de cette liste … parce qu'elle était une femme? Il semblerait que oui."

Concernant ses premiers travaux en théorie des nombres, JH Sampson déclare : « Elle était habile avec les manipulations algébriques formelles ; mais il y a peu de preuves qu'elle ait vraiment compris les Disquisitiones , et son travail de cette période qui nous est parvenu semble ne toucher qu'à questions plutôt superficielles." Gray ajoute que "la tendance des mathématiciens sympathiques à louer son travail plutôt que de fournir une critique de fond dont elle pourrait apprendre était paralysante pour son développement mathématique." Pourtant, Marilyn Bailey Ogilvie reconnaît que « la créativité de Sophie Germain s'est manifestée dans les mathématiques pures et appliquées... [elle] a fourni des solutions imaginatives et provocatrices à plusieurs problèmes importants », et, comme le propose Petrovich, c'est peut-être son manque même de formation qui lui a donné des idées et des approches uniques. Louis Bucciarelli et Nancy Dworsky, les biographes de Germain, résument ainsi : "Toutes les preuves soutiennent que Sophie Germain avait un génie mathématique qui n'a jamais abouti en raison d'un manque d'entraînement rigoureux réservé aux hommes."

Germain dans la culture populaire

Germain a été référencé et cité dans la pièce Proof de David Auburn en 2001 . Le protagoniste est une jeune mathématicienne en difficulté, Catherine, qui a trouvé une grande inspiration dans le travail de Germain. Germain a également été mentionné dans l' adaptation cinématographique du même nom de John Madden dans une conversation entre Catherine (Gwyneth Paltrow) et Hal (Jake Gyllenhaal).

Dans l'œuvre fictive " Le dernier théorème " d' Arthur C. Clarke et Frederik Pohl , Sophie Germain a été créditée d'avoir inspiré le personnage central, Ranjit Subramanian, à résoudre le dernier théorème de Fermat .

Une nouvelle comédie musicale sur la vie de Sophie Germain, intitulée The Limit, a été créée au VAULT Festival à Londres, 2019.

Prix ​​Sophie Germain

Le Prix ​​Sophie Germain ( français : Prix ​​Sophie Germain ), décerné chaque année par la Fondation Sophie Germain, est décerné par l' Académie des sciences de Paris. Son but est de récompenser un mathématicien français pour ses recherches sur les fondements des mathématiques . Ce prix, d'un montant de 8 000 €, a été créé en 2003, sous l'égide de l' Institut de France .

Voir également

Citations

Les références

Liens externes