Lorsque vous débutez dans l'enseignement
des mathématiques, vous ne classerez peut-être pas le concept de nombre négatif comme
l(un des plus difficiles à faire acquérir à vos élèves. Il vous vient à l'esprit des
représentations très élémentaires de la vie courante : les températures, les gains et
les dettes
Il se trouve pourtant qu'un nombre non négligeable d'articles
pédagogiques est consacré à cet enseignement et que, l'intérêt des pédagogues n'est
pas forcément proportionnel à la difficulté de la notion, il n'en reste pas moins que
ce doit tout de même être le signe d'une certaine difficulté. Vous ne tarderez pas à
découvrir que, au delà de la référence concrète, le calcul sur les négatif pose
problème à de nombreux élèves, que le sens même de ce qu'est un nombre négatif
abstrait reste obscur ; du coup vous essaierez divers parcours vers les négatifs, vous
inspirant des articles précédemment cités, sans vraiment résoudre toutes les
difficultés. En particulier, l'usage du même symbole "-" pour désigner
l'opposé et l'opérateur de la soustraction, la justification de la règle des signes
pour la multiplication, le fait que la lettre "a" par exemple puisse désigner
un négatif, bien qu'il n'y ait pas de signe "-" , le fait que - 5 soit
inférieur à 2, (une dette de 5 euros serait plus petite qu'un gain de deux euros
?)
Et nous touchons ici du doigt le fait que peut-être la référence concrète,
loin d'être une aide peut devenir un obstacle.
C'est ainsi que nous vous proposons une
réflexion de plus sur les négatifs, historique avant tout qui, peut-être, éclairera
les difficultés et les erreurs de nos élèves, permettra aussi de comprendre que les
concepts, même les plus simples en apparence, sont l'aboutissement de siècles de
tâtonnements, dont ils gardent la trace, y compris lorsque tout semble devenu limpide.
Et nous espérons que la réflexion alimentera
la réflexion
Quelques éléments dhistoire des nombres négatifs
Ces idées sont très élémentaires ;
néanmoins, il n'est pas si aisé qu'il pourrait le paraître d'abord de les établir
d'une manière bien lumineuse, et d'y donner cette généralité que demande leur
application aux calculs. On ne peut d'ailleurs douter de la difficulté du sujet , si l'on
réfléchit que les sciences exactes avaient été cultivées pendant un grand nombre de
siècles, et qu'elles avaient fait de grands progrès avant qu'on eût acquis les
véritables notions des quantités négatives, et qu'on eût conçu la manière générale
de les employer.
Argand, Essai sur une manière de
représenter les quantités imaginaires dans les constructions géométriques, 1806.
Lintroduction conceptuelle des
nombres négatifs a été un processus dune lenteur surprenante.
Il ne peut y avoir bien sûr de nombre négatif
sans la présence dun zéro ; cependant, en Europe, les mathématiciens
disposent du zéro depuis le XIV° siècle, et il faudra attendre la fin du XV° siècle
pour voir apparaître des êtres numériques non positifs, qui ne seront pas pour autant
acceptés comme nombres à part entière. Très rapidement les règles dutilisation
seront établies, et les mathématiciens manipuleront les nombres relatifs, mais ils en
auront une compréhension très partielle, avec détonnantes lacunes. On leur dénie
lexistence en tant que quantités réelles. Ils seront longtemps un outil de calcul,
facilitant la résolution des équations, pour lesquelles par ailleurs on ne retiendra que
les solutions positives.
Plusieurs obstacles peuvent expliquer cette
difficulté de reconnaissance :
un des obstacles le plus évident sera le
zéro absolu, en dessous duquel il ny a rien.
Cette difficulté est particulièrement
pointée, par exemple par le mathématicien français Lazare Carnot (1753-1823), membre de
lacadémie des sciences et mathématicien renommé :
« Pour obtenir réellement une
quantité négative isolée, il faudrait retrancher une quantité effective de zéro,
ôter quelque chose de rien : opération impossible. Comment donc concevoir une quantité
négative isolée ? »
Géométrie de position, 1803.
Un auteur de manuel de mathématiques, du
XIX° siècle, (F. Busset) ira jusquà faire porter léchec de
lenseignement des mathématiques en France sur ladmission des quantités
négatives. Il est choqué que lon discute de savoir sil existe « des
quantités plus petites que rien ». Cest pour lui « le comble de
laberration de la raison humaine ».
Il existe une sorte dempêchement de
manier le zéro origine, à côté du zéro absolu.
Dans les textes précédents, il a pu être
noté que lon ne parle pas de nombres négatifs, mais de quantités. Les nombres ne
peuvent être que positifs ; ce sont les quantités qui peuvent être négatives ou
positives. Une quantité négative se définit par une opposition à une quantité
positive : un chemin dans une direction, un chemin dans la direction contraire ; un gain,
une dette ...
Nous proposons détudier ici la lente
naissance des quantités négatives, et les obstacles quil a fallu franchir pour
atteindre la notion abstraite de nombre négatif.
I Utilisation des nombres négatifs en
mathématiques :
Il est courant destimer que la notion
de nombre négatif est née de besoins comptables (gains et dettes).
Les chinois semblent avoir utilisé
depuis le premier siècle de notre ère les « nombres négatifs ». Sur les
tables à calcul, le plus souvent, des baguettes noires les représentent ; des baguettes
rouges représentent les positifs. Cependant ils napparaissent que comme des
auxiliaires de calcul, il ny a pas de nombre négatif dans les énoncés de
problèmes, il ny en pas non plus dans les réponses.
Ils apparaissent aussi chez les mathématiciens
indiens (Hindous) des VI° et VII° siècle ; par exemple nous les trouvons dans les
écrits de Bramagupta (VII° siècle). Il y enseigne la façon de faire des
additions, des soustractions, etc... sur les biens, les dettes, le néant.
« Une dette retranchée du néant
devient un bien, un bien retranché du néant devient une dette. »
Les règles de calcul sont données; mais
on ne se préoccupe pas de les justifier.
Les « nombres négatifs » vont
ainsi apparaître dans les calculs, et les mathématiciens tout au long de lhistoire
vont senhardir à pratiquer de mieux en mieux des opérations sur ces
« nombres », lors même que les règles ne sont pas clairement établies.
En occident ils apparaissent donc à la fin
du XV° siècle, lors de la résolution des équations, par exemple dans les écrits du
mathématicien italien Cardan (1501-1576).
Cardan est encore le premier qui ait
aperçu la multiplicité des valeurs de l'inconnue dans les équations, et leur
distinction en positives et négatives. Cette découverte qui, avec une autre de Viète,
est le fondement de toutes celles d'Harriot et Descartes sur l'analyse des équations,
cette découverte, dis je, est clairement contenue dans son Ars magna. Dès l'article
troisième il observe que la racine d'un carré est également plus ou moins le côté de
ce carré, et dans l'article 7 il propose une équation qui, réduite à notre langage,
serait x2 + 4x = 21, et il remarque que la valeur de x est également + 3 ou -
7, et qu'en changeant le signe du second terme, elle devient - 3 ou + 7. Ces racines
négatives, il les nomme feintes. Cardan redressera en cela l'erreur de Pacioli, qui
n'ayant fait aucune mention de ces racines négatives, semble ne les avoir pas remarqué.
J. F. Montucla, Histoire des mathématiques,
1758.
Cependant à la même époque,
dautres mathématiciens, comme le français Viète (1540-1603), ne donneront que les
solutions positives des équations.
Les règles de calcul sont construites en
prolongement des règles sur les positifs, et, tout au long de lhistoire, les
mathématiciens pratiqueront de mieux en mieux ces calculs, mais avec une certaine gêne,
car il sagit en fait le plus souvent de règles de calcul concernant des quantités
ou des grandeurs que lon ajoute ou retranche, et non de nombres positifs ou
négatifs.
Cardan exprime ainsi ses doutes :
« Cest un simple conseil de
ne pas confondre les quantités défaillantes avec les quantités abondantes. Il faut
ajouter entre elles les quantités abondantes, ajouter entre elles aussi les quantités
défaillantes, et retrancher les quantités défaillantes des quantités abondantes, mais
en tenant compte des espèces, cest à dire nopérer que sur des semblables ;
combiner les nombres entre eux, aussi les carrés, de même les cubes, etc... »
Ars Magna, 1545.
On imagine un peu un livre de comptes dans
lequel on écrit dans une colonne les dépenses, dans lautre les recettes, en
veillant surtout à ne pas les mélanger.
Clairaut (1713-1765),aussi, sur ce sujet,
donnent ses règles, dans ses « Eléments dalgèbre » de 1746 :
« On demandera peut-être si on
peut ajouter du négatif avec du positif, ou plutôt si on peut dire quon ajoute du
négatif. A quoi je réponds que cette expression est exacte quand on ne confond point
ajouter avec augmenter. Que deux personnes par exemple joignent leurs fortunes, quelles
quelles soient, je dirai que cest là ajouter leurs biens, que lun ait
des dettes et des effets réels, si les dettes surpassent les effets, il ne possédera que
du négatif, et la jonction de la fortune à celle du premier diminuera le bien de
celui-ci, en sorte que la somme se trouvera, ou moindre que ce que possédait le premier,
ou même entièrement négative. »
Ceci met en relief la confusion entre le
signe de lopération et le signe du nombre, et la différenciation entre ajouter et
augmenter, difficulté qui sont réelles, dès que lon commence à enseigner le
négatif. La distinction ne sera vraiment faite quà la fin du XIX° siècle, mais
le problème pédagogique persistera.
A partir de lépoque de Viète, au
début du XVII° siècle, les règles sur le calcul littéral seront parfaitement
maîtrisées, mais les lettres représentent toujours des quantités positives et jamais
des négatives. On ne peut donc trouver, comme solution dune équation par exemple x
= - 3 ; ce serait absurde.
II Obstacles à la compréhension des nombres négatifs
:
Nous avons déjà évoqué le problème du
zéro absolu et du zéro relatif.
Il y a par exemple dans le
« Dictionnaire de mathématiques » de J. Ozanam, de 1691, une vingtaine de
sortes de nombres , les entiers, les rompus(fractionnaires), les incommensurables, les
sourds, ..., et les négatifs ne sont pas mentionnés. Ils apparaissent dans les
résolutions déquations, mais ils sont alors qualifiés de racines fausses,
feintes, à côté des vraies, qui sont les positives. La racine fausse est la valeur
niée de la lettre inconnue de léquation.
Voici comment Descartes présente les
différentes solutions dune équation :
Mais souvent il arrive, que quelques
unes de ces racines sont fausses, ou moindres que rien, comme si on suppose que x désigne
aussi le défaut d'une quantité, qui soit 5, on a x + 5 µ 0, qui étant multipliée par , pour une équation en laquelle il y a quatre racines, à savoir trois
vraies qui sont 2,3,4, et une fausse qui est 5.
Descartes, La géométrie, 1637
Nous remarquerons que dans ce texte,
Descartes parle dune racine fausse qui est 5.
Les solutions négatives des équations
posent des problèmes aux mathématiciens, car il faut les interpréter.
Voici un exemple ce que propose De Morgan
(1806-1871), en 1831, devant des solutions négatives dun problème :
« Lexpression imaginaire et lexpression négative - b se
ressemblent en cela que chacune delles, lorsquelle apparaît comme solution
dun problème, indique quil y a là quelque inconsistance ou absurdité . Pour
ce qui concerne la réalité de leur signification, toutes deux sont également
imaginaires puisque 0 - a est tout aussi inconcevable que .
Un exemple : Un père a 56 ans et son
petit fils en a 29. dans combien dannées lâge du père sera-t-il le double
de celui de son fils ?
Soit x le nombre dannées ; x
vérifie : 56 + x = 2 (29 + x). Nous trouvons x = - 2.
Ce résultat est absurde mais si nous
changeons x en - x et si nous résolvons : 56 - x= 2 (29 - x) nous trouvons x = 2. La
réponse négative montre que nous avons commis une erreur dans la première formulation
de léquation. Lorsque la réponse à un problème est négative, en changeant le
signe de x dans léquation qui a produit ce résultat, nous pouvons découvrir
quune erreur a été commise dans la méthode utilisée pour former cette équation
ou montrer que la question posée par le problème est trop limitée. »
On admet les quantités négatives dans les
calculs, comme auxiliaires obligatoires, bien quelles naient aucun sens par
elles-mêmes. Cest exactement la même position que celle des imaginaires (que nous
nommons de nos jours les nombres complexes). Le malaise se manifeste particulièrement
dans les écrits à caractère pédagogique, car les auteurs narrivent pas à donner
dexplications satisfaisantes.
Remarquons que jusquau XVIII°
siècle il y a peu doccasion de manipuler des « nombres » négatifs qui
ont un sens physique. En 1730, Réaumur réalise le premier thermomètre scientifique et
il faudra encore un siècle pour que le grand public shabitue à des températures
en dessous de zéro. En 1713, Farenheit sarrange pour que ces sortes de
températures soient évitées.
Certains, malgré tout, gardent des
sentiments très prudents, voire hostiles devant lusage des quantités négatives,
qui ne sont définitivement pas des nombres.
Voici comment lexprime Mac Laurin
(1698-1746), dans son Traité des fluxions, en 1742 :
« Lusage du signe négatif
en algèbre donne lieu à plusieurs conséquences quon a dabord peine à
admettre et ont donné loccasion à des idées qui paraissent navoir aucun
fondement réel. »
Voici quelques unes de ces idées :
Pascal (1623-1662), dans ses pensées :
« Trop de vérité nous étonne ; jen sais qui ne peuvent comprendre que, qui
de zéro ôte 4, reste zéro. »
Arnauld (un ami de Pascal) : (à propos de
légalité ) « Comment un
nombre plus petit pourrait-il être à un plus grand comme un plus grand à un plus petit
? »
Wallis (1616-1703) : « a étant un
nombre positif, le quotient est infini ;
comme est plus grand, le dénominateur
étant plus petit, il est plus grand que linfini tout en étant inférieur à zéro,
car le résultat est négatif. »
Et voici une réaction franchement hostile,
de Francis Maseres, mathématicien anglais, dans sa Dissertation sur lutilisation du
signe négatif en algèbre (1759): « Elles servent seulement pour autant que je
sois capable den juger, à obscurcir la doctrine toute entière des équations et à
rendre ténébreuses des choses qui sont dans leur nature excessivement évidentes et
simples. Il eût été souhaitable en conséquence que les racines négatives naient
jamais été admises dans lalgèbre ou quelles en aient été
écartées. »
Devant de tels obstacles, se font jour
alors des stratégies dévitement :
* Dans lécriture des équations :
par exemple, il y aura plusieurs types déquations du second degré, que nous
pouvons citer avec notre écriture algébrique contemporaine :
x2 + px = q
x2 + q = px
x2 = px + q
(x2 = px nest pas vraiment
du second degré) ; le zéro ( 0), comme solution, mettra très longtemps à être
accepté puisquil signifie « rien ».
p et q représentent des nombres, donc ils
sont par essence positifs.
* Pour le choix daxes pour repérer
les points : soit on ne tient pas compte de la partie de courbe correspondant à des x ou
des y négatifs (ex la courbe qui porte le nom de Folium de Descartes, ainsi nommée car
elle représente la cubique déquation x3 + y3 = 3axy, avec x
et y positifs), (voir le dessin) soit on sarrange pour choisir des axes pour
lesquels la courbe considérée ne correspond quà des coordonnées positives. Il
faudra attendre le 18° siècle, pour que Mac Laurin, et surtout Euler, expliquent comment
lon peut prendre des coordonnées négatives ; il sagit dune approche
timide de ce qui sera appelé « la droite des réels ».

* Pour ne pas avoir à accepter une
solution négative pour un problème, presque jusquau 20° s, si la résolution
dune équation aboutit à une solution négative, on conseille de réécrire le
problème ainsi que nous lavons vu dans le texte de De Morgan..
II Problème particulier de la règle des signes pour le
produit:
Voici ce qu'écrivait l'écrivain français
Stendhal, dans son roman autobiographique : La vie d'Henri Brulard", en 1835, pour
exprimer son désarroi face à la règle des signes :
Mon grand malheur était cette figure :

Supposons que RP soit la ligne qui
sépare le positif du négatif, tout ce qui est au-dessus est positif, comme négatif tout
ce qui est au-dessous ; comment, en prenant le carré B autant de fois qu'il y a d'unités
dans le carré A, puis-je parvenir à faire changer de côté au carré C ?
Et, en suivant une comparaison gauche
que l'accent souverainement traînard et grenoblois de M. Chabert rendait encore plus
gauche, supposons que les quantités négatives sont les dettes d'un homme, comment en
multipliant 10 000 francs de dette par 500 francs, cet homme aura-t-il ou parviendra-t-il
à avoir une fortune de 5 000 000, cinq millions de francs ?
Il y a une sorte de nécessité à accepter
que négatif x négatif = positif, si lon veut que lensemble des calculs sur
tous les nombres soit cohérent.. En fait, il sagit, ainsi que nous lavons
remarqué, plus dune opération sur les signes que sur les nombres, puisquun
« nombre » négatif, est un nombre positif précédé du signe moins.
Quoiquil en soit, cette nécessité, manipulée formellement sans problème heurte
le bon sens, même si quelques mathématiciens, parmi les plus grands, essaient de donner
des justifications, souvent bancales. Jusquà un certain point, le problème de la
justification nest peut-être pas majeur, dans la mesure où tout marche bien, où
lon naboutit pas à des contradictions. Il faut arriver à un certain niveau
de réflexion épistémologique, ou se heurter à des cas où les propriétés ne marchent
pas pour avoir un besoin de fondements inattaquables.
Des explications :
Celle de Stevin (1625) : .

Il s'agit en fait de comparer les aires des
rectangles en les prenant globalement, puis en ajoutant les différentes petites parties,
et d'arriver en quelque sorte en développant (a - b) (c - d) où a, b, c, d sont des
réels positifs à la nécessité d'écrire que( - b) x (- d) = bd.
Celles de Mac Laurin, (1748) en avance sur
son temps car formelle :
On pourrait de là déduire la règle
des signes telle qu'on a coutume de l'énoncer, qui est que les signes semblables dans les
termes du multiplicateur et du multiplicande donnent + au produit, et les signes
différents donnent -. Nous avons évité cette manière de présenter la règle, pour
épargner aux commençants l'expression révoltante - par - donne +, qui est cependant une
conséquence nécessaire de la règle. : on peut, comme nous avons fait, la déguiser ,
mais non la contredire ou l'anéantir ; le lecteur, sans s'en apercevoir, en a observé
tout le sens dans les exemples précédents ; familiarisé avec la chose, pourrait-il
encore s'effaroucher des mots ? S'il lui reste là-dessus quelque scrupule, qu'il fasse
attention à la démonstration suivante qui attaque directement la difficulté.
+ a - a = 0, ainsi par quelque quantité
qu'on multiplie + a - a, le produit doit être 0 : si je le multiplie par n, j'aurai pour
le premier terme + na, donc j'aurai pour le second - na, puisqu'il faut que les deux
termes se détruisent. Donc les signes différents donnent - au produit? Si je multiplie +
a - a par - n, par le cas précédent, j'aurai - na pour le premier terme; donc j'aurai +
na pour le second, puisqu'il faut toujours que les deux termes se détruisent : donc -
multiplié par - donne + au produit.
Celle de Euler, (1770) , très naïve et
peu convaincante.
Il nous reste à résoudre encore ce cas
où - est multiplié par - ou, par exemple - a par - b. Il est évident d'abord que quant
aux lettres, le produit sera ab ; mais il est incertain encore si c'est le signe + ou bien
le signe - qu'il faut mettre devant ce produit ; tout ce qu'on sait, c'est que ce sera
l'un ou l'autre de ces signes. Or je dis que ce ne peut être le signe - ; car - a par + b
donne - ab et - a par - b ne peut produire le même résultat que - a par + b ; mais il
doit en résulter l'opposé, c'est à dire + ab ; par conséquent nous avons cette règle
: + multiplié par + fait +, de même que - multiplié par -.
Nous comprenons bien qu'il s'agit jusqu'ici
réellement de la règle des signes, puisqu'il n'y a en fait que des quantités
négatives, désignées par un nombre positif, et précédé du signe -. Il ne
s'agit pas vraiment du produit de deux nombres négatifs.
L'explication de Cauchy (1821) accentue
cette considération définissant une règle opérant sur les symboles + et -, donc pas
sur les nombres négatifs.
D'après ces conventions, si l'on
représente par A soit un nombre, soit une quantité quelconque, et que l'on fasse : a = +
A, b = - A
On aura : +a = + A , + b = - A - a = - A
, - b = + A
Si dans les quatre dernières équations
l'on remet pour a et b leurs valeurs entre parenthèses, on obtiendra les formules
+ (+ A) = + A ; + (- A) = - A ; - (+ A) =
- A ; - ( - A) = + A
Dans chacune de ces formules le signe du
second membre est ce qu'on appelle le produit des deux signes de premier. Multiplier deux
signes l'un par l'autre c'est former leur produit. L'inspection seule des équations
suffit pour établir la règle des signes.
Il y a une sorte de confusion entre le
signe - qui signifie l'opposé ; et Cauchy s'appuie en fait sur le fait que l'opposé de
l'opposé est le nombre lui-même ; il n'y apas ici de considération sur le produit de
nombres négatifs.
Hankel (1867) aborde le problème dans une
toute autre perspective, purement formelle.
Les règles de l'addition et de la
multiplication doivent être les mêmes pour tous les réels positifs ou négatifs. Dans
cette perspective les négatifs ont le statut de nombre, à part entière, et il distingue
de façon nette ne signe - de l'opposé et le signe - de la soustraction. Ce qui est
important c'est de pouvoir multiplier des opposés.
Son explication peut se résumer de la
façon suivante :
0 = a x 0 = a x (b + opp b) = ab + a x (opp
b)
0 = 0 x (opp b) = (a + oppa) x (oppb) = a x
(oppb) + (oppa x oppb)
donc (oppa) x (oppb) = ab.
Dautres propositions ont été faites
au début du XIX° siècle par Wessel, Argand ..., donnant une interprétation
géométrique des nombres complexes, incluant les négatifs. Tous ces mathématiciens
étaient très peu connus, et leurs propositions ne seront prises au sérieux que lorsque
les « grands », comme Gauss ou Cauchy, les reprendront à leur propre compte.
En fait, le bouleversement apporté par
Hankel sinscrit dans la rupture idéologique de la pensée mathématique de la fin
du XIX° siècle à propos des relations entre les mathématiques et la réalité
physique. Jusque là, si lon inventait de nouveaux « nombres » qui
choquaient les idées reçues, ils étaient automatiquement qualifiés de
incompréhensibles, inconcevables, absurdes, sourds, irrationnels, faux, imaginaires ...
Hankel rejette cette idéologie. Il accepte
que (-3)2 > (2)2, car ce résultat est cohérent avec la
déduction formelle, et il ne se soucie pas de ce que cela peut avoir de choquant pour les
idées reçues. Il ny a pas de bon modèle pour les négatifs, et Hankel refuse
cette quête.
Le pas très important quil est
possible de franchir à lépoque de Hankel, et qui ne létait sans doute pas
à lépoque de Mac Laurin, est de pouvoir considérer les nombres non pas liés à
une réalité physique, mais comme des êtres mathématiques qui ont certaines relations
entre eux.
Le nombre n'est plus aujourd'hui une
chose, une substance qui existerait en toute indépendance en dehors du sujet pensant ou
des objets qui en sont l'occasion ; ce n'est plus un principe indépendant comme l'ont cru
les pythagoriciens. La question de l'existence des nombres nous renvoie soit au sujet
pensant, soit aux objets pensés dont les nombres présentent des relations. Le
mathématicien tient pour impossible au sens strict cela seul qui est logiquement
impossible, c'est à dire qui implique une contradiction. Il n'est pas besoin de
démontrer qu'on peut admettre des nombres impossibles en ce sens. Mais si les nombres
considérés sont logiquement possibles, si leur concept est défini clairement et
distinctement, s'il est donc libre de toute contradiction, la question ne peut plus être
de savoir s'il y a dans le domaine du réel, dans ce qui est intuitif ou actuellement
donné, un substrat pour ce nombre, s'il existe des objets qui puissent donner matière
aux nombres en tant qu'ils sont relations intellectuelles d'un certain type.
Théorie du système des nombres
complexes, Hankel, 1867.
Hamilton, en 1835, dans son ouvrage :
Theory of conjugate functions ; on algebra as the science of Pure Time, soulignera cette
difficulté que pour comprendre les nombres et particulièrement une propriété comme la
règle sur le signe d'un produit, il faut rester dans le domaine purement formel, et se
soustraire à toute référence du monde physique. Au contraire, insiste-t-il, dans le
domaine de la géométrie, c'est cette référence au monde physique qui permet
d'admettre, sans discussion, par exemple le cinquième postulat d'Euclide sur les
parallèles.:
Le postulat des parallèles est admis par
tous sans discussion, parce quil peut se « vérifier » physiquement tous
les jours ; la règle des signes, au contraire heurte le bon sens, donc demande un
justification solide.
Remarquons que Hamilton, linventeur
des quaternions, construisait, à lépoque où il écrivait ce qui précède, une
théorie des couples qui permettait une sorte de justification algébrique de tous les
« nombres » et quil serait conduit à abandonner, pour les quaternions
justement, une propriété qui semblait liée à la notion même de nombre, à savoir la
commutativité du produit. Soulignons aussi quà cette même époque, se mettaient
en place des géométries non euclidiennes battant en brèche le postulat des parallèles.
Notons enfin que Hankel est de ceux qui
travailleront sur les idées de Grassmann, qui contribua largement à la construction des
vecteurs et espaces vectoriels, sur un mode assez différent de Hamilton.
Ces nouvelles considérations sur les
nombres firent leur chemin très lentement, et au début du XX° siècle persiste toujours
une méfiance et une certaine difficulté à expliquer les nombres négatifs, dans les
manuels scolaires en particulier.
Conclusion en forme de réflexion pédagogique :
Actuellement il nest pas si facile
denseigner les nombres négatifs. Le modèle concret, sous la forme
« gain-dette » par exemple est une aide pédagogique, dune certaine
façon, mais il nest pas toujours possible, même il peut devenir un obstacle.
Cette histoire montre à loisir quil
est possible dacquérir une certaine facilité, voire une virtuosité opératoire,
formellement, sans avoir de compréhension de ce quon manipule. Lorsque les
interrogations viennent, lobstacle alors se créé. Retenons les réflexions de
Carnot, qui posait des problèmes fondamentaux : il nest pas possible que , sauf si lon abandonne quelques règles
établies ; alors, les « négatifs » ne sont pas des « nombres »
comme les positifs.
Il faut peut-être aussi se convaincre que
les mathématiques servent à résoudre des problèmes théoriques ou abstraits, et non
des problèmes concrets. La difficulté réside dans les relations entre la réalité
physique et sa modélisation mathématique |