CINQUIÈME LEÇON.

SOMMAIRE. Considérations générales sur le calcul des fonctions directes.

D'après l'explication générale qui termine la leçon précédente, le

_calcul des fonctions directes_, ou l'_algèbre_ proprement dite, suffit

entièrement à la solution des questions mathématiques, quand elles sont

assez simples pour qu'on puisse former immédiatement les équations entre

les grandeurs mêmes que l'on considère, sans qu'il soit nécessaire

d'introduire à leur place ou conjointement avec elles aucun système de

quantités auxiliaires _dérivées_ des premières. À la vérité, dans le

plus grand nombre des cas importans, son emploi a besoin d'être précédé

et préparé par celui du _calcul des fonctions indirectes_, destiné à

faciliter l'établissement des équations. Mais quoique le rôle de

l'algèbre ne soit alors que secondaire, elle n'en a pas moins toujours

une part nécessaire dans la solution complète de la question, en sorte

que le _calcul des fonctions directes_ doit continuer à être, par sa

nature, la base fondamentale de toute l'analyse mathématique. Nous

devons donc, avant d'aller plus loin, considérer, d'une manière

générale, la composition rationnelle de ce calcul, et le degré de

développement auquel il est parvenu aujourd'hui.

L'objet définitif de ce calcul étant la _résolution_ proprement dite des

_équations_, c'est-à-dire, la découverte du mode de formation des

quantités inconnues par les quantités connues d'après les _équations_

qui existent entre elles; il présente naturellement autant de parties

différentes que l'on peut concevoir de classes d'équations vraiment

distinctes; et par conséquent, son étendue propre est rigoureusement

indéfinie, le nombre des fonctions analytiques susceptibles d'entrer

dans les équations, étant par lui-même tout-à-fait illimité, bien

qu'elles ne soient composées que d'un très-petit nombre d'élémens

primitifs.

La classification rationnelle des équations, doit être évidemment

déterminée par la nature des élémens analytiques dont se composent leurs

membres; toute autre classification serait essentiellement arbitraire.

Sous ce rapport, les analystes divisent d'abord les équations à une ou à

plusieurs variables en deux classes principales, selon qu'elles ne

contiennent que des fonctions des trois premiers couples (_voy._ le

tableau, 4^e. leçon, page 173), ou qu'elles renferment aussi des

fonctions, soit exponentielles, soit circulaires. Les dénominations de

fonctions _algébriques_ et fonctions _transcendantes_, données

communément à ces deux groupes principaux d'élémens analytiques, sont,

sans doute, fort peu convenables. Mais la division universellement

établie entre les équations correspondantes, n'en est pas moins

très-réelle, en ce sens que la résolution des équations contenant les

fonctions dites _transcendantes_, présente nécessairement plus de

difficultés que celles des équations dites _algébriques_. Aussi l'étude

des premières est-elle jusqu'ici excessivement imparfaite, à tel point

que souvent la résolution des plus simples d'entre elles, nous est

encore inconnue[7]; c'est sur l'élaboration des secondes que portent

presqu'exclusivement nos méthodes analytiques.

[Note 7: Quelque simple que puisse paraître, par

exemple, l'équation /[a^x + b^x = c^x,/] on ne sait point

encore la _résoudre_; ce qui peut donner une idée de

l'extrême imperfection de cette partie de l'algèbre.]

Ne considérant maintenant que ces équations _algébriques_, il faut

observer d'abord que, quoiqu'elles puissent souvent contenir des

fonctions _irrationnelles_ des inconnues aussi bien que des fonctions

_rationnelles_; on peut toujours, par des transformations plus ou moins

faciles, faire rentrer le premier cas dans le second; en sorte que c'est

de ce dernier que les analystes ont dû s'occuper uniquement, pour

résoudre toutes les équations _algébriques_.

Dans l'enfance de l'algèbre, ces équations avaient été classées d'après

le nombre de leurs termes. Mais cette classification était évidemment

vicieuse; comme séparant des cas réellement semblables, et en réunissant

d'autres qui n'avaient rien de commun qu'un caractère sans aucune

importance véritable[8]. Elle n'a été maintenue que pour les équations à

deux termes, susceptibles, en effet, d'une résolution commune qui leur

est propre.

[Note 8: On a commis plus tard la même erreur momentanée

dans les premiers temps du calcul infinitésimal, pour

l'intégration des équations différentielles.]

La classification des équations, d'après ce qu'on appelle leurs

_degrés_, universellement admise depuis long-temps par les analystes,

est, au contraire, éminemment naturelle, et mérite d'être signalée ici.

Car, en ne comparant, dans chaque _degré_, que les équations qui se

correspondent, quant à leur complication relative, on peut dire que

cette distinction détermine rigoureusement la difficulté plus ou moins

grande de leur _résolution_. Cette gradation est sensible

effectivement, pour toutes les équations que l'on sait résoudre. Mais

on peut s'en rendre compte d'une manière générale, indépendamment du

fait de la résolution. Il suffit, pour cela, de considérer que

l'équation la plus générale de chaque degré comprend nécessairement

toutes celles des divers degrés inférieurs, en sorte qu'il en doit être

ainsi de la formule qui détermine l'inconnue. En conséquence, quelque

faible qu'on pût supposer _à priori_ la difficulté propre au _degré_ que

l'on considère, comme elle se complique inévitablement, dans

l'exécution, de celles que présentent tous les _degrés_ précédens, la

résolution offre donc réellement plus d'obstacles à mesure que le degré

de l'équation s'élève.

Cet accroissement de difficulté est tel, que jusqu'ici la résolution des

équations algébriques ne nous est connue que dans les quatre premiers

degrés seulement. À cet égard, l'algèbre n'a pas fait de progrès

considérables depuis les travaux de Descartes, et des analystes italiens

du seizième siècle, quoique, dans les deux derniers siècles, il n'ait

peut-être pas existé un seul géomètre qui ne se soit occupé de pousser

plus avant la résolution des équations. L'équation générale du cinquième

degré elle-même, a jusqu'ici résisté à toutes les tentatives.

La complication toujours croissante que doivent nécessairement

présenter les formules pour résoudre les équations à mesure que le degré

augmente, l'extrême embarras qu'occasione déjà l'usage de la formule du

quatrième degré, et qui le rend presqu'inapplicable, ont déterminé les

analystes à renoncer, par un accord tacite, à poursuivre de semblables

recherches, quoiqu'ils soient loin de regarder comme impossible

d'obtenir jamais la résolution des équations du cinquième degré, et de

plusieurs autres degrés supérieurs. La seule question de ce genre, qui

offrirait vraiment une grande importance, du moins sous le rapport

logique, ce serait la résolution générale des équations algébriques d'un

degré quelconque. Or, plus on médite sur ce sujet, plus on est conduit à

penser, avec Lagrange, qu'il surpasse réellement la portée effective de

notre intelligence. Il faut d'ailleurs observer que la formule qui

exprimerait la _racine_ d'une équation du degré m devrait nécessairement

renfermer des radicaux de l'ordre m (ou des fonctions d'une multiplicité

équivalente), à cause des m déterminations quelle doit comporter.

Puisque nous avons vu, de plus, qu'elle doit aussi embrasser, comme cas

particulier, celle qui correspond à tout autre degré inférieur, il

s'ensuit qu'elle contiendrait, en outre, inévitablement, des radicaux de

l'ordre m-1, d'autres de l'ordre m-2, etc., de telle manière que, s'il

était possible de la découvrir, elle offrirait presque toujours une trop

grande complication pour pouvoir être utilement employée, à moins qu'on

ne parvînt à la simplifier, en lui conservant cependant toute la

généralité convenable, par l'introduction d'un nouveau genre d'élémens

analytiques, dont nous n'avons encore aucune idée. Il y a donc lieu de

croire que, sans avoir déjà atteint sous ce rapport les bornes imposées

par la faible portée de notre intelligence, nous ne tarderions pas à les

rencontrer en prolongeant avec une activité forte et soutenue cette

série de recherches.

Il importe d'ailleurs d'observer que, même en supposant obtenue la

résolution des équations _algébriques_ d'un degré quelconque, on

n'aurait encore traité qu'une très-petite partie de l'_algèbre_

proprement dite, c'est-à-dire, du calcul des fonctions directes,

embrassant la résolution de toutes les équations que peuvent former les

fonctions analytiques aujourd'hui connues. Enfin, pour achever

d'éclaircir la considération philosophique de ce sujet, il faut

reconnaître que, par une loi irrécusable de la nature humaine, nos

moyens pour concevoir de nouvelles questions étant beaucoup plus

puissans que nos ressources pour les résoudre, ou, en d'autres termes,

l'esprit humain étant bien plus apte à imaginer qu'à raisonner, nous

resterons nécessairement toujours au-dessous de la difficulté, à quelque

degré de développement que parviennent jamais nos travaux intellectuels.

Ainsi, quand même on découvrirait un jour la résolution complète de

toutes les équations analytiques actuellement connues, ce qui, à

l'examen, doit être jugé tout-à-fait chimérique, il n'est pas douteux

qu'avant d'atteindre à ce but, et probablement même comme moyen

subsidiaire, on aurait déjà surmonté la difficulté bien moindre, quoique

très-grande cependant, de concevoir de nouveaux élémens analytiques,

dont l'introduction donnerait lieu à des classes d'équations que nous

ignorons complétement aujourd'hui; en sorte qu'une pareille imperfection

relative de la science algébrique se reproduirait encore, malgré

l'accroissement réel, très-important d'ailleurs, de la masse absolue de

nos connaissances.

Dans l'état présent de l'algèbre, la résolution complète des équations

des quatre premiers degrés, des équations binomes quelconques, de

certaines équations spéciales des degrés supérieurs, et d'un très-petit

nombre d'équations exponentielles, logarithmiques, ou circulaires,

constituent donc les méthodes fondamentales que présente le calcul des

fonctions directes pour la solution des problèmes mathématiques. Mais,

avec des élémens aussi bornés, les géomètres n'en sont pas moins

parvenus à traiter, d'une manière vraiment admirable, un très-grand

nombre de questions importantes, comme nous le reconnaîtrons

successivement dans la suite de ce volume. Les perfectionnemens généraux

introduits depuis un siècle dans le système total de l'analyse

mathématique ont eu pour caractère principal d'utiliser à un degré

immense ce peu de connaissances acquises sur le calcul des fonctions

directes, au lieu de tendre à les augmenter. Ce résultat a été obtenu à

un tel point, que le plus souvent ce calcul n'a de rôle effectif dans la

solution complète des diverses questions que par ses parties les plus

simples, celles qui se rapportent aux équations des deux premiers

degrés, à une seule ou à plusieurs variables.

L'extrême imperfection de l'algèbre, relativement à la résolution des

équations, a déterminé les analystes à s'occuper d'une nouvelle classe

de questions, dont il importe de marquer ici le véritable caractère.

Quand ils ont cru devoir renoncer à poursuivre plus long-temps la

résolution des équations algébriques des degrés supérieurs au quatrième,

ils se sont occupés de suppléer, autant que possible, à cette immense

lacune, par ce qu'ils ont nommé la _résolution numérique_ des équations.

Ne pouvant obtenir, dans la plupart des cas, la _formule_ qui exprime

quelle fonction explicite l'inconnue est des données, on a cherché, à

défaut de cette résolution, la seule réellement _algébrique_, à

déterminer, du moins, indépendamment de cette formule, la _valeur_ de

chaque inconnue pour tel ou tel système désigné de valeurs particulières

attribuées aux données. Par les travaux successifs des analystes, cette

opération incomplète et bâtarde, qui présente un mélange intime des

questions vraiment algébriques avec des questions purement

arithmétiques, a pu, du moins, être entièrement effectuée dans tous les

cas, pour des équations d'un degré et même d'une forme quelconques. Sous

ce rapport, les méthodes qu'on possède aujourd'hui sont suffisamment

générales, quoique les calculs auxquels elles conduisent soient souvent

presque inexécutables, à cause de leur complication. Il ne reste donc

plus, à cet égard, qu'à simplifier assez les procédés pour qu'ils

deviennent régulièrement applicables, ce qu'on peut espérer d'obtenir

dans la suite. D'après cet état du calcul des fonctions directes, on

s'efforce ensuite, dans l'application de ce calcul, de disposer, autant

que possible, les questions proposées de façon à n'exiger finalement que

cette résolution _numérique_ des équations.

Quelque précieuse que soit évidemment une telle ressource, à défaut de

la véritable solution, il est essentiel de ne pas méconnaître le vrai

caractère de ces procédés, que les analystes regardent avec raison

comme une algèbre fort imparfaite. En effet, il s'en faut de beaucoup

que nous puissions toujours réduire nos questions mathématiques à ne

dépendre, en dernière analyse, que de la résolution _numérique_ des

équations. Cela ne se peut que pour les questions tout-à-fait isolées,

ou vraiment finales, c'est-à-dire, pour le plus petit nombre. La plupart

des questions ne sont, en effet, que préparatoires, et destinées à

servir de préliminaire indispensable à la solution d'autres questions.

Or, pour un tel but, il est évident que ce n'est pas la _valeur_

effective de l'inconnue qu'il importe de découvrir, mais la _formule_

qui montre comment elle dérive des autres quantités considérées. C'est

ce qui arrive, par exemple, dans un cas très-étendu, toutes les fois

qu'une question déterminée renferme simultanément plusieurs inconnues.

Il s'agit alors, comme on sait, d'en faire, avant tout, la séparation.

En employant convenablement, à cet effet, le procédé simple et général

heureusement imaginé par les analystes, et qui consiste à rapporter

l'une des inconnues à toutes les autres, la difficulté disparaîtrait

constamment, si l'on savait toujours résoudre algébriquement les

équations considérées, sans que la résolution _numérique_ puisse être

alors d'aucune utilité. C'est uniquement faute de connaître la

résolution _algébrique_ des équations à une seule inconnue, qu'on est

obligé de traiter l'_élimination_ comme une question distincte, qui

forme une des plus grandes difficultés spéciales de l'algèbre ordinaire.

Quelque pénibles que soient les méthodes à l'aide desquelles on surmonte

cette difficulté, elles ne sont pas même applicables d'une manière

entièrement générale, à l'élimination d'une inconnue entre deux

équations de forme quelconque.

Dans les questions les plus simples, et lorsqu'on n'a véritablement à

résoudre qu'une seule équation à une seule inconnue, cette résolution

_numérique_ n'en est pas moins un procédé très-imparfait, même quand

elle est strictement suffisante. Elle présente, en effet, ce grave

inconvénient d'obliger à refaire toute la suite des opérations pour le

plus léger changement qui peut survenir dans une seule des quantités

considérées, quoique leur relation reste toujours la même, sans que les

calculs faits pour un cas puissent dispenser en aucune manière de ceux

qui concernent un autre cas très-peu différent, faute d'avoir pu

abstraire et traiter distinctement cette partie purement algébrique de

la question qui est commune à tous les cas résultant de la simple

variation des nombres donnés.

D'après les considérations précédentes, le calcul des fonctions

directes, envisagé dans son état actuel, se divise donc naturellement en

deux parties fort distinctes, suivant qu'on traite de la résolution

_algébrique_ des équations ou de leur résolution _numérique_. La

première partie, la seule vraiment satisfaisante, est malheureusement

fort peu étendue, et restera vraisemblablement toujours très-bornée; la

seconde, le plus souvent insuffisante, a du moins l'avantage d'une

généralité beaucoup plus grande. La nécessité de distinguer nettement

ces deux parties est évidente, à cause du but essentiellement différent

qu'on se propose dans chacune, et par suite, du point de vue propre sous

lequel on y considère les quantités. De plus, si on les envisage

relativement aux diverses méthodes dont chacune est composée, on trouve

dans leur distribution rationnelle une marche toute différente. En

effet, la première partie doit se diviser d'après la nature des

équations que l'on sait résoudre, et indépendamment de toute

considération relative aux _valeurs_ des inconnues. Dans la seconde

partie, au contraire, ce n'est pas suivant les _degrés_ des équations

que les procédés se distinguent naturellement, puisqu'ils sont

applicables à des équations d'un degré quelconque; c'est selon l'espèce

numérique des _valeurs_ des inconnues. Car, pour calculer directement

ces nombre sans les déduire des formules qui en feraient connaître les

expressions, le moyen ne saurait évidemment être le même, quand les

nombres ne sont susceptibles d'être évalués que par une suite

d'approximations toujours incomplète, que lorsqu'on peut les obtenir

exactement. Cette distinction si importante, dans la résolution

numérique des équations, des racines incommensurables, et des racines

commensurables, qui exigent des principes tout-à-fait différens pour

leur détermination, est entièrement insignifiante dans là résolution

algébrique, où la nature _rationnelle_ ou _irrationnelle_ des nombres

obtenus est un simple accident du calcul, qui ne peut exercer aucune

influence sur les procédés employés. C'est, en un mot, une simple

considération arithmétique. On en peut dire autant, quoique à un moindre

degré, de la distinction des racines commensurables elles-mêmes en

entières et fractionnaires. Enfin, il en est aussi de même, à plus forte

raison, pour la classification la plus générale des racines, en

_réelles_ et _imaginaires_. Toutes ces diverses considérations, qui sont

prépondérantes quant à la résolution numérique des équations, et qui

n'ont aucune importance dans la résolution algébrique, rendent de plus

en plus sensible la nature essentiellement distincte de ces deux parties

principales de l'algèbre proprement dite.

Ces deux parties, qui constituent l'objet immédiat du calcul des

fonctions directes, sont dominées par une troisième purement

spéculative, à laquelle l'une et l'autre empruntent leurs ressources les

plus puissantes, et qui a été très-exactement désignée par le nom

général de _théorie des équations_, quoique cependant elle ne porte

encore que sur les équations dites _algébriques_. La résolution

numérique des équations, à cause de sa généralité, exige spécialement

cette base rationnelle.

Cette dernière branche si importante de l'algèbre se divise

naturellement en deux ordres de questions, d'abord celles qui se

rapportent à la composition des équations, et ensuite celles qui

concernent leur transformation; ces dernières ayant pour objet de

modifier les racines d'une équation sans les connaître, suivant une loi

quelconque donnée, pourvu que cette loi soit uniforme relativement à

toutes ces racines[9].

[Note 9: Je crois devoir, au sujet de la théorie des

équations, signaler ici une lacune de quelque importance. Le

principe fondamental sur lequel elle repose, et qui est si

fréquemment appliqué dans toute l'analyse mathématique, la

décomposition des fonctions algébriques, rationnelles, et

entières, d'un degré quelconque, en facteurs du premier

degré, n'est jamais employé que pour les fonctions d'une

seule variable, sans que personne ait examiné si on doit

l'étendre aux fonctions de plusieurs variables, ce que

néanmoins on ne devrait pas laisser incertain. Quant aux

fonctions de deux ou de trois variables, les considérations

géométriques décident clairement, quoique d'une manière

indirecte, que leur décomposition en facteurs est

ordinairement impossible; car il en résulterait que chaque

classe correspondante d'équations ne pourrait représenter

une ligne ou une surface _sui generis_, et que son lieu

géométrique rentrerait toujours dans le système de ceux

appartenant à des équations de degré inférieur, de telle

sorte que, de proche en proche, toute équation ne produirait

jamais que des lignes droites ou des plans. Mais,

précisément à cause de cette interprétation concrète, ce

théorème, quoique purement négatif, me semble avoir une si

grande importance pour la géométrie analytique, que je

m'étonne qu'on n'ait pas cherché à établir directement une

différence aussi caractéristique entre les fonctions à une

seule variable et celles à plusieurs variables. Je vais

rapporter ici sommairement la démonstration abstraite et

générale que j'en ai trouvée, quoiqu'elle fût plus

convenablement placée dans un traité spécial.

1º Si f(x,y) pouvait se décomposer en facteurs du premier

degré, on les obtiendrait en résolvant l'équation f(x,y)=0.

Or, d'après les considérations indiquées dans le texte,

cette équation, résolue par rapport à x, fournirait des

formules qui contiendraient nécessairement divers radicaux,

dans lesquels entrerait y. Les fonctions de y, renfermées

sous chaque radical, ne sauraient évidemment être en général

des puissances parfaites. Or, il faudrait qu'elles le

devinssent pour que les facteurs élémentaires correspondans

de f(x,y), et qui sont déjà du premier degré en x, fussent

aussi du premier degré, ou même simplement rationnels,

relativement à y. Cela ne pourra donc avoir lieu que dans

certains cas particuliers, lorsque les coefficiens

rempliront les conditions plus ou moins nombreuses, mais

constamment déterminées, qu'exige la disparition des

radicaux. Le même raisonnement s'appliquerait évidemment, à

bien plus forte raison, aux fonctions de trois, quatre, etc.

variables.

2º Une autre démonstration, de nature très-différente, se

tire de la mesure du degré de généralité des fonctions à

plusieurs variables, lequel s'estime par le nombre de

constantes arbitraires entrant dans leur expression la plus

complète et la plus simple. Je me bornerai à l'indiquer pour

les fonctions de deux variables; il serait aisé de l'étendre

à celles qui en contiennent davantage.

On sait que le nombre de constantes arbitraires contenues

dans la formule générale d'une fonction du degré m à deux

variables, est /frac{m(m+3)}{2}. Or, si une telle fonction

pouvait seulement se décomposer en deux facteurs, l'un du

degré n, et l'autre du degré m-n, le produit renfermerait un

nombre de constantes arbitraires égal à /[/frac{n(n+3)}{2} +

/frac{(m-n)(m-n+3)}{2}./] Ce nombre étant, comme il est aisé

de le voir, inférieur au précédent de n(m-n), il en résulte

qu'un tel produit, ayant moins de généralité que la fonction

primitive, ne peut la représenter constamment. On voit même

qu'une telle comparaison exigerait n(m-n) relations

spéciales entre les coefficiens de cette fonction, qu'on

trouverait aisément en développant l'identité.

Ce nouveau genre de démonstration, fondé sur une

considération ordinairement négligée, pourrait probablement

être employé avec avantage dans plusieurs autres

circonstances.]

Pour compléter cette rapide énumération générale des diverses parties

essentielles du calcul des fonctions directes, je dois enfin mentionner

expressément une des théories les plus fécondes et les plus importantes

de l'algèbre proprement dite, celle relative à la transformation des

fonctions en séries à l'aide de ce qu'on appelle la méthode des

coefficiens indéterminés. Cette méthode, si éminemment analytique, et

qui doit être regardée comme une des découvertes les plus remarquables

de Descartes, a sans doute perdu de son importance depuis l'invention et

le développement du calcul infinitésimal, dont elle pouvait tenir lieu

si heureusement sous quelques rapports particuliers. Mais l'extension

croissante de l'analyse transcendante, quoique ayant rendu cette méthode

bien moins nécessaire, en a, d'un autre côté, multiplié les applications

et agrandi les ressources; en sorte que par l'utile combinaison qui

s'est finalement opérée entre les deux théories, l'usage de la méthode

des coefficiens indéterminés est devenu aujourd'hui beaucoup plus étendu

qu'il ne l'était même avant la formation du calcul des fonctions

indirectes.

Après avoir esquissé le tableau général de l'algèbre proprement dite, il

me reste maintenant à présenter quelques considérations sur divers

points principaux du calcul des fonctions directes, dont les notions

peuvent être utilement éclaircies par un examen philosophique.

Les difficultés relatives à plusieurs symboles singuliers auxquels

conduisent les calculs algébriques et notamment aux expressions dites

_imaginaires_, ont été, ce me semble, beaucoup exagérées par suite des

considérations purement méthaphysiques qu'on s'est efforcé d'y

introduire, au lieu d'envisager ces résultats anormaux sous leur vrai

point de vue, comme de simples faits analytiques. En les concevant

ainsi, il est aisé de reconnaître, en thèse générale, que l'esprit de

l'analyse mathématique consistant à considérer les grandeurs sous le

seul point de vue de leurs relations, et indépendamment de toute idée de

valeur déterminée, il en résulte nécessairement pour les analystes

l'obligation constante d'admettre indifféremment toutes les sortes

d'expressions quelconques que pourront engendrer les combinaisons

algébriques. S'ils voulaient s'en interdire une seule, à raison de sa

singularité apparente, comme elle est toujours susceptible de se

présenter d'après certaines suppositions particulières sur les valeurs

des quantités considérées, ils seraient contraints d'altérer la

généralité de leurs conceptions, et en introduisant ainsi, dans chaque

raisonnement, une suite de distinctions vraiment étrangères, ils

feraient perdre à l'analyse mathématique, son principal avantage

caractéristique, la simplicité et l'uniformité des idées qu'elle

combine. L'embarras que l'intelligence éprouve ordinairement au sujet de

ces expressions singulières, me paraît provenir essentiellement de la

confusion vicieuse qu'elle fait à son insçu entre l'idée de _fonction_

et l'idée de _valeur_, ou, ce qui revient au même, entre le point de vue

_algébrique_, et le point de vue _arithmétique_. Si la nature de cet

ouvrage me permettait de présenter à cet égard les développemens

suffisans, il me serait, je crois, facile, par un usage convenable des

considérations indiquées dans cette leçon et dans les deux précédentes,

de dissiper les nuages dont une fausse manière de voir entoure

habituellement ces diverses notions. Le résultat de cet examen

démontrerait expressément que l'analyse mathématique est, par sa nature,

beaucoup plus claire, sous les différens rapports dont je viens de

parler, que ne le croient communément les géomètres eux-mêmes, égarés

par les objections vicieuses des métaphysiciens.

Relativement aux quantités négatives, qui, par suite du même esprit

métaphysique, ont donné lieu à tant de discussions déplacées, aussi

dépourvues de tout fondement rationnel que dénuées de toute véritable

utilité scientifique, il faut distinguer, en considérant toujours le

simple fait analytique, entre leur signification abstraite et leur

interprétation concrète, qu'on a presque toujours confondues jusqu'à

présent. Sous le premier rapport, la théorie des quantités négatives

peut être établie d'une manière complète par une seule vue algébrique.

Quant à la nécessité d'admettre ce genre de résultats concurremment avec

tout autre, elle dérive de la considération générale que je viens de

présenter: et quant à leur emploi comme artifice analytique pour rendre

les formules plus étendues, ce mécanisme de calcul ne peut réellement

donner lieu à aucune difficulté sérieuse. Ainsi, on peut envisager la

théorie abstraite des quantités négatives comme ne laissant rien

d'essentiel à désirer: elle ne présente vraiment d'obstacles que ceux

qu'on y introduit mal à propos par des considérations sophistiques.

Mais, il n'en est nullement de même pour leur théorie concrète.

Sous ce point de vue, elle consiste essentiellement dans cette admirable

propriété des signes + et - de représenter analytiquement les

oppositions de sens dont sont susceptibles certaines grandeurs. Ce

théorème général sur les relations du concret à l'abstrait en

mathématique, est une des plus belles découvertes que nous devions au

génie de Descartes, qui l'a obtenue comme un simple résultat de

l'observation philosophique convenablement dirigée. Un grand nombre de

géomètres ont tenté depuis d'en établir directement la démonstration

générale. Mais jusqu'ici leurs efforts ont été illusoires, soit qu'ils

aient essayé de trancher la difficulté par de vaines considérations

métaphysiques, ou par des comparaisons très-hasardées, soit qu'ils aient

pris de simples vérifications dans quelque cas particulier plus ou moins

borné pour de véritables démonstrations. Ces diverses tentatives

vicieuses, et le mélange hétérogène du point de vue abstrait avec le

point de vue concret, ont même introduit communément à cet égard une

telle confusion, qu'il devient nécessaire d'énoncer ici distinctement le

fait général, soit qu'on veuille se contenter d'en faire usage, soit

qu'on se propose de l'expliquer. Il consiste, indépendamment de toute

explication, en ce que: si dans une équation quelconque exprimant la

relation de certaines quantités susceptibles d'opposition de sens, une

ou plusieurs de ces quantités viennent à être comptées dans un sens

contraire à celui qu'elles affectaient quand l'équation a été

primitivement établie; il ne sera pas nécessaire de former directement

une nouvelle équation pour ce second état du phénomène; il suffira de

changer, dans la première équation, le signe de chacune des quantités

qui auront changé de sens, et l'équation ainsi modifiée coïncidera

toujours rigoureusement avec celle qu'on aurait trouvée en recommençant

à chercher pour ce nouveau cas la loi analytique du phénomène. C'est

dans cette coïncidence constante et nécessaire que consiste le théorême

général. Or, jusqu'ici on n'est point parvenu réellement à s'en rendre

compte directement; on ne s'en est assuré que par un grand nombre de

vérifications géométriques et mécaniques, qui sont, il est vrai, assez

multipliées et surtout assez variées pour qu'il ne puisse rester dans

aucun esprit juste le moindre doute sur l'exactitude et la généralité de

cette propriété essentielle, mais qui, sous le rapport philosophique, ne

dispensent nullement de chercher une explication aussi importante.

L'extrême étendue du théorême doit faire comprendre à la fois et la

difficulté capitale de cette recherche si souvent reprise

infructueusement, et la haute utilité dont serait sans doute, pour le

perfectionnement de la science mathématique, la conception générale de

cette grande vérité, l'esprit ne pouvant évidemment s'y élever qu'en se

plaçant à un point de vue d'où il découvrirait inévitablement de

nouvelles idées, par la considération directe et approfondie de la

relation du concret à l'abstrait. Quoi qu'il en soit, l'imperfection que

présente encore la science sous ce rapport, n'a point empêché les

géomêtres de faire l'usage le plus étendu et le plus important de cette

propriété dans toutes les parties de la mathématique concrète, où l'on

en éprouve un besoin presque continuel. On peut même retirer une

certaine utilité logique de la simple considération nette de ce fait

général, tel que je l'ai décrit ci-dessus; il en résulte, par exemple,

indépendamment de toute démonstration, que la propriété dont nous

parlons ne doit jamais être appliquée aux grandeurs qui affectent des

directions continuellement variables, sans donner lieu à une simple

opposition de sens: dans ce cas, le signe dont se trouve nécessairement

affecté tout résultat de calcul n'est susceptible d'aucune

interprétation concrète, et c'est à tort qu'on s'efforce quelquefois

d'en établir; cette circonstance a lieu, entre autres occasions, pour

les rayons vecteurs en géométrie, et pour les forces divergentes en

mécanique.

Un second théorême général sur la relation du concret à l'abstrait en

mathématique, que je crois devoir considérer expressément ici, est celui

qu'on désigne ordinairement sous le nom de principe de l'_homogénéité_.

Il est sans doute bien moins important dans ses applications que le

précédent. Mais il mérite particulièrement notre attention, comme ayant,

par sa nature, une étendue encore plus grande, puisqu'il s'applique

indistinctement à tous les phénomènes, et à cause de l'utilité réelle

qu'on en retire souvent pour la vérification de leurs lois analytiques.

Je puis d'ailleurs en exposer une démonstration directe et générale, qui

me semble fort simple. Elle est fondée sur cette seule observation,

évidente par elle-même: l'exactitude de toute relation entre des

grandeurs concrètes quelconques est indépendante de la valeur des

_unités_ auxquelles on les rapporte pour les exprimer en nombres. Par

exemple, la relation qui existe entre les trois côtés d'un triangle

rectangle, a lieu soit qu'on les évalue en mètres, ou en lieues, ou en

pouces, etc.

Il suit de cette considération générale, que toute équation qui exprime

la loi analytique d'un phénomène quelconque, doit jouir de cette

propriété de n'être nullement altérée, quand on fait subir simultanément

à toutes les quantités qui s'y trouvent, le changement correspondant à

celui qu'éprouveraient leurs unités respectives. Or, ce changement

consiste évidemment en ce que toutes les quantités de chaque espèce

deviendraient à la fois m fois plus petites, si l'unité qui leur

correspond devient m fois plus grande, ou réciproquement. Ainsi, toute

équation qui représente une relation concrète quelconque, doit offrir ce

caractère de demeurer la même, quand on y rend m fois plus grandes

toutes les quantités qu'elle contient, et qui expriment les grandeurs

entre lesquelles existe la relation, en exceptant toutefois les nombres

qui désignent simplement les _rapports_ mutuels de ces diverses

grandeurs, lesquels restent invariables dans le changement des unités.

C'est dans cette propriété que consiste la loi de l'homogénéité, suivant

son acception la plus étendue, c'est-à-dire, de quelques fonctions

analytiques que les équations soient composées.

Mais, le plus souvent, on ne considère que les cas où ces fonctions sont

de celles qu'on appelle particulièrement _algébriques_, et auxquelles la

notion de _degré_ est applicable. Dans ce cas, on peut préciser

davantage la proposition générale, en déterminant le caractère

analytique que doit présenter nécessairement l'équation pour que cette

propriété soit vérifiée. Il est aisé de voir alors, en effet, que, par

la modification ci-dessus exposée, tous les _termes_ du premier degré,

quelle que soit leur forme, rationnelle ou irrationnelle, entière ou

fractionnaire, deviendront m fois plus grands; tous ceux du second

degré, m^2 fois; ceux du troisième, m^3 fois, etc. Ainsi, les termes du

même degré, quelque diverse que puisse être leur composition, variant de

la même manière, et les termes de degrés différens variant dans une

proportion inégale, quelque similitude que puisse offrir leur

composition, il faudra nécessairement, pour que l'équation ne soit pas

troublée, que tous les termes qu'elle contient soient d'un même degré.

C'est en cela que consiste proprement le théorême ordinaire de

l'_homogénéité_; et c'est de cette circonstance que la loi générale à

tiré son nom, qui cependant cesse d'être exactement convenable pour

toute autre espèce de fonctions.

Afin de traiter ce sujet dans toute son étendue, il importe d'observer

une condition essentielle, à laquelle on devra avoir égard en appliquant

cette propriété, lorsque le phénomène exprimé par l'équation présentera

des grandeurs de natures diverses. En effet, il pourra arriver que les

unités respectives soient complétement indépendantes les unes des

autres, et alors le théorême de l'homogénéité aura lieu, soit par

rapport à toutes les classes correspondantes de quantités, soit qu'on ne

veuille considérer qu'une seule ou plusieurs d'entre elles. Mais, il

arrivera, dans d'autres occasions, que les diverses unités auront entre

elles des relations obligées, déterminées par la nature de la question.

Alors, il faudra avoir égard à cette subordination des unités dans la

vérification de l'homogénéité, qui n'existera plus en un sens purement

algébrique, et dont le mode précis variera suivant le genre des

phénomènes. Ainsi, par exemple, pour fixer les idées, quand on

considérera dans l'expression analytique des phénomènes géométriques, à

la fois des lignes, des aires, et des volumes, il faudra observer que

les trois unités correspondantes, sont nécessairement liées entre elles,

de telle sorte que, suivant la subordination généralement établie à cet

égard, lorsque la première devient m fois plus grande, la seconde le

devient m^2 fois, et la troisième m^3 fois. C'est avec une telle

modification que l'homogénéité existera dans les équations, où l'on

devra alors, si elles sont _algébriques_, estimer le degré de chaque

terme, en doublant les exposans des facteurs qui correspondent à des

aires, et triplant ceux des facteurs relatifs à des volumes[10].

Telles sont les principales considérations générales, très-insuffisantes

sans doute, mais auxquelles je suis contraint de me réduire par les

limites naturelles de ce cours, relativement au calcul des fonctions

directes. Nous devons passer maintenant à l'examen philosophique du

calcul des fonctions indirectes, dont l'importance et l'étendue bien

supérieures réclament un plus grand développement.

[Note 10: J'ai été conduit, il y a douze ans, par mon

enseignement journalier de la science mathématique, à

construire cette théorie générale de l'homogénéité. J'ai

trouvé depuis que M. Fourier, dans son grand ouvrage sur la

chaleur, publié en 1822, avait suivi, de son côté, une

marche essentiellement semblable. Malgré cette heureuse

coïncidence, qu'a dû naturellement déterminer la

considération directe d'un sujet aussi simple, je n'ai pas

cru devoir ici renvoyer à sa démonstration; celle que je

viens d'exposer ayant pour principal objet d'embrasser

l'ensemble de la question, sans égard à aucune application

spéciale.]

Cours de philosophie positive. (1/6) · 第 10 / 39 题