B=rot A

Bonjour,

Je cherche la démonstration de :

Si $\mathbf{B} : U \to \R^3$ (où $U$ est un ouvert de $\R^3$),

$$\mathrm{div}\ \mathbf{B}=0 \Longrightarrow \exists \mathbf{A} : U \to \R^3,\ \mathbf{B}=\mathbf{rot\ A}$$

(C'est la définition du potentiel vecteur en électromagnétisme)

Je n'ai pas trouvé de démonstration dans différents manuels, ni sur le wiki.

Merci d'avance.

Réponses

  • Tu connais le théorème de Poincaré?
    Si oui, c'est une conséquence de ça en choisissant les bonnes différentielles.
    Si non, tu peux voir ici
    <http://www.cmla.ens-cachan.fr/Utilisateurs/desville/&gt; page 33.
  • Enfin, écrit comme ça, c'est faux. Il faut une hypothèse sur l'ouvert U (du style simple connexité). Ça a des liens très forts avec de grosses maths (cohomologie de De Rham). Si c'est juste pour comprendre un cours de physique de premier cycle, crois-moi : le jeu n'en vaut pas la chandelle.
  • Merci pour vos réponses.

    corentin, je n'ai pas trouvé la "page 33"...
  • Bon, en fait, l'hypothèse n'est pas « simplement connexe », puique j'ai l'impression que la proposition est fausse pour R³ privé d'un point.

    L'hypothèse est bien de nature topologique, mais je ne sais pas si on peut la formuler plus simplement que « dont le deuxième groupe de cohomologie de De Rham s'annule », ce qui est exactement équivalent à la proposition « les champs à divergence nulle sont les rotationnels ».
  • Même si ce sont des maths compliquées, ça n'interdit pas de voir une preuve dans un cas facile, histoire d'avoir une bonne raison d'y croire.
    Je crois que l'hypothèse est convexe. (il me semble que c'est l'hypothèse dans Cartan)
  • Mais douteplein, IR^3 privé d'un point n'est <B>pas </B> simplement connexe !<BR><BR><BR>
  • Si, $\R^2$ ne l'est pas, mais il est clair en se le représentant (ou si on est doué en dessin) que $\R^3\setminus\{0\}$ est simplement connexe.
    Essentiellement, là où on butait sur un point en dim 2 on pourra le contourner ici à l'aide de la troisième dimension.
  • En effet, j'ai pensé à IR² tout en écrivant IR^3, pardon... Cela dit, peut-être faut-il que tout sous espace de $U$ soit simplement connexe ou (ce qui revient peut-être au même) que $U$ soit homéomorphe à une boule ouverte. En effet le fait qu'on retire un point autorise sans doute des discontinuités, et ça en physique on aime moyennement.

    Sylvain
  • Tous ces théorèmes (genre formule de Stokes etc.) sont extrêmement compliqués quand on veut les aborder d'un point de vue mathématique. Il est sans doûte préférable de les admettre, en connaissant quand même les conditions d'application.
  • La lecture de votre texte, Eric, ne fait que me conforter dans ma position. J'ai vu toutes ces formules dans mes premières années de fac, quand j'étudiais la Physique, et je ne me suis jamais penché sur les démonstrations. C'est franchement sans grand intérêt, ce qui compte c'est leur exploitation.
  • Je ne suis pas d'accord avec vous Richard: à mon avis ce qui compte (en maths comme en physique) c'est de comprendre intimement les phénomènes, les concepts et les relations qui les unissent. S'il s'agit juste d'appliquer "bêtement" une formule, ce n'est pas la peine d'entreprendre des études scientifiques.
  • Sylvain, tu es bien gentil, mais quand on te sort en cours de physique, en sup, la formule de Green-Ostrogradski sur un domaine non borné alors qu'on vient de Terminale et qu'on ne sait même pas vraiment ce qu'est une intégrale simple, l'attitude la plus sage consiste à ne pas remettre en question ce que dit le prof de physique et d'appliquer "bêtement" ce qu'il croit être vrai...
  • Je suis d'accord avec vous Aleg. D'ailleurs, même après avoir abandonné complètement la Physique pour me consacrer aux Maths, je n'ai jamais cherché à en connaître plus sur Stokes and co. Mais là, c'est aussi une question de goût.
  • d'accord avec Aleg, j'en profite pour passer un coup de gueule contre les profs de physiques qui nous balancent à la gueule des gradients et des formules de changements de variables dans les dérivées partielles en début d'année alors qu'on n'a même pas vu ce qu'est le calcul différentiel des fonctions à plusieurs variables. Fin de la parenthèse.



    Pour en revenir à ce qu'à dit Sylvain, dans ce cas précis de la formule de Stokes, sa démontration qui est purement mathématique n'apportera rien à un physicien, d'ailleurs la plupart des formules de ce style sont utilisées par des physiciens depuis des siecles sans qu'ils se soient souciées d'une part si elles sont vraies (elles sont évidentes la plupart du temps, au sens ou elles se voient) et d'autres part comment les montrer si effectivement elles sont vraies
  • Tiens , tout cela n'a pas changé .

    Mon premier cours de DEUG1 , "Rappels de maths pour la physique" , après deux heures on avait appris qu'il existait des dérivées partielles , des différentielles et autres rotationnels ou divergences . J'étais déjà un peu vacciné , au lycée aussi le programme de physique avait toujours un an d'avance par rapport au programme de mathématiques . Toutefois , côté attrayant de la physique , on utilisait les formules sans se poser de question , en maths , il fallait passer un bon moment à vérifier je ne sais combien d'hypothèses avant de s'amuser à calculer . En attendant , il faudrait que mathématiciens et physiciens accordent leurs violons , peut-on demander à un étudiant de donner du sens à son travail quand lorsqu'il passe d'un cours à l'autre il doit changer de monde : utiliser les mêmes notions , le même vocabulaire mais avec des manipulations complètement différentes . Un exemple , au collège quand on utilise un vecteur , on insiste bien sur le fait que l'on peut choisir un représentant d'origine quelconque . Si dans le même temps , on lui dit en physique que le vecteur force à un point d'application bien défini on ne peut pas se plaindre après d'entretenir chez nos élèves ( étudiants ) un certain flou que l'on critiquera par la suite .

    Domi
  • Les dernières lignes de Domi me rappellent la notion de "vecteur libre" et de "vecteur lié". Je ne sais pas si ce vocabulaire existe encore.
  • L'hypothèse classique sur l'ouvert pour le théorème de Poincaré est "étoilé" mais je crois que c'est encore vrai en supposant seulement "conctractile".
  • On est bien d'accord que des hypothèses très fortes comme convexe, étoilé, ou contractile réussissent à faire fonctionner ce que l'on veut...

    Cela dit, dans le lemme de Poincaré qu'on apprend (apprenait ?) en spé sur les 1-formes différentielles, il était souvent dit que l'hypothèse « simplement connexe » suffisait, ce qui est quand même une hypothèse un brin plus raisonnable. Je voulais juste insister sur le fait que ce n'est pas ce lemme de Poincaré-là qui nous intéresse, mais un autre pour lequel la signification topologique est moins claire, et qui en particulier n'est ni plus fort, ni plus faible que simplement connexe. C'est parce qu'ici, c'est bien de 2-formes qu'il est question : On peut identifier les 1-formes et les 2-formes aux champs de vecteurs, et les 0-formes et les 3-formes aux fonctions scalaires. La différentielle des 0-formes correspons alors au gradient, celle des 1-formes au rotationnel, et celles des 2-formes à la divergence. Dire qu'un champ à divergence nulle est un rotationnel, c'est dire que toute 2-forme fermée est exacte, c'est-à-dire que le deuxième groupe de cohomologie de De Rham est nul.

    Et je maintiens que de toute façon, les maths utiles pour comprendre vraiment un cours de physique de premier cycle/CPGE sont tellement compliquées (au moins un bon cours de géo diff de maîtrise) qu'il vaut mieux apprendre à tout faire comme un gros crade : d'une part c'est ce qu'on attend de toi, et d'autre part, ça t'aidera sans doute à comprendre ce cours de maîtrise si tu le croise un jour.

    Bonne chance,
  • ça me rappelle ce que disait mon oncle (un brave homme comme on n'en fait plus) à propos d'un gamin qui avait de bonnes notes à l'école: oh oui, il apprend bien.
    ça veut tout dire: on se fout complètement du fait que personne ne pige rien à rien (des fois qu'on remette en cause trop de choses, ce serait dangereux !), ce qu'il faut pour faire la fierté de ses parents et trouver une place dans la société, c'est apprendre les cours qu'on vous sert sur un plateau même et surtout si ça ne vous intéresse pas à ce moment là, comme ça on aura tout plein de jolis diplômes, un travail, une femme, des enfants, un chien, on ira à la mer en mettant la clim à fond (c'est qu'il fait chaud ma bonne dame) et en s'étonnant d'avoit une angine après, on laissera fondre le peu de neurones qui nous reste sur la plage en sifflant un ricard avant de voter pour n'importe quel cinglé avide de pouvoir en 2007. C'est pas grave: on est heureux ! Et les gens qui cherchent à comprendre un peu tout, qui se posent des questions ? Des malades ! Ou plutôt des "pseudos-matheux sociopathes" pour reprendre une formule d'un autre post...

    Pour vivre heureux
    Soyons gâteux
    Les gens curieux
    s'ront malheureux
  • Sylvain ,

    savant mélange de contre-vérités , l'éducation est strictement positive même quand on est 100% ascolaire comme je le suis . Chacun garde son libre arbitre et si je me suis souvent emm.. en cours , je n'ai jamais eu l'impression que l'on voulait m'enfermer dans un moule . Avec le recul je me dit que de nombreux cours auraient mérité bien plus d'attention et que la pensées de nos illustres ancêtres nous ouvrent bien plus de voies qu'elles n'en ferment . Mais bon , à chacun son parcours .

    Domi
  • Bonjour
    Juste pour dire que Hihihi a très bien répondu à la question à ceci près que je reste sur le fait que c'est bien le thèorème de Poincaré que l'on utilise à la base. Les autres considérations n'en sont que des conséquences.
    Néanmoins, le fait que les enseignants de Physique passent très souvent rapidement sur ce résultat est bien plus de l'ignorance des conditions exactes et de l'origine mathématique du résultat que d'autre chose. Je le dis parce que j'en ai discuté avec certains d'entre eux.
    Au plaisir.
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