Eléments d’analyse et d’algèbre (et de théorie des nombres).
English Title : Elements of analysis and algebra (and number theory). (ZDM/Mathdi)
Auteur : Colmez Pierre
Résumé
Ce volume est issu du cours de mathématiques du premier semestre à l’Ecole Polytechnique. Il doit donc à la fois assurer le socle de la formation de futurs mathématiciens, offrir de nouveaux horizons à tous ceux qui auront à utiliser les mathématiques en tant que probabilistes, numériciens, physiciens, chimistes, ingénieurs ou économistes, voire financiers, militaires ou administrateurs. Par ailleurs ses auditeurs issus des différentes voies des classes préparatoires ou d’universités étrangères ont des connaissances et des aptitudes variées. L’auteur a su parfaitement faire face à ces difficultés en choisissant de présenter une introduction à trois des théories qui servent de socle aux mathématiques : Sept annexes rentrent plus dans les détails des développements contemporains : Théorème des nombres premiers, Volume de … , Exemples de représentations de groupes finis, Fonctions d’une variable p-adique, le problème des nombres congruents, Introduction au programme de Langlands ; l’ouvrage s’achève par neuf problèmes corrigés, trois index : terminologique, des énoncés mathématiques, et des noms propres, et une chronologie qui s’étend de Pythagore à la démonstration de la conjecture de Sato-Tate.Cette longue énumération montre la richesse de ce traité, ouvrage de base pour tous ceux qui veulent faire ou utiliser des mathématiques. S’appuyant à la fois sur des textes historiques et sur des travaux contemporains, il cite de nombreux auteurs du passé et montre sur des exemples bien choisis comment se construisent les mathématiques d’aujourd’hui. D’un style agréable et d’une écriture limpide sa typographie variée permet au lecteur soit de le lire chapitre après chapitre, soit de retrouver un résultat oublié, soit de résoudre quelques exercices. La bibliographie sommaire d’une quinzaine de titres classiques permet d’approfondir et de comparer d’autres présentations. L’auteur ne manque pas d’humour quand il résume en deux temps l’histoire récente de l’enseignement des mathématiques :1970. Dieu créa l’ensemble vide et l’homme fit le reste : une théorie immuable et parfaite à la beauté froide et lisse ;1990. Dieu a créé les nombres réels puis les nombres complexes et envoyé Gauss sur terre pour expliquer qu’il n’y avait pas besoin d’aller chercher plus loin : tout procédé de construction soigneusement banni du programme officiel.La lecture de cet ouvrage remarquable est donc recommandée aux étudiants de troisième année de licence, de première année d’école d’ingénieur mais aussi bien sûr aux agrégatifs et à tous les enseignants trouvant rassemblé dans un volume raisonnable un corpus indispensable au mathématicien et des repères chronologiques permettant de montrer aux élèves que les mathématiques ne sont pas sciences mortes. Abstract The present book grew out of a course designed for upper-undergraduate students of mathematics at École Polytechnique, Paris, France. Building upon a solid background knowledge of basic undergraduate mathematics, it offers an introduction to three more advanced fields of fundamental importance, thereby preparing the reader for further in-depth studies in various areas of contemporary mathematics. More precisely, the three mathematical theories discussed in this volume concern the representations of finite groups and their applications, the basics of functional analysis, and the elements of one-dimensional complex analysis. The core material is enhanced by six appendices devoted to related topics, both classical and modern, which not only serve as a beautiful illustration of the unity of mathematics as a whole, but also provide some fascinating insight into recent developments and problems in modern mathematics. The text starts with a mathematical vocabulary. This part is basically a preparatory chapter recalling (and regrouping) the fundamentals of group theory, linear algebra, general topology, real functions, normed vector spaces, and p-adic numbers. This summary is utmost detailed and well-arranged, with full proofs of the main results being given, and it contains a wealth of related exercises, for many of which complete solutions are provided at the end of this introductory part. Chapter I deals with representations of finite groups and their characters. The material is developed as a natural extension of basic linear algebra, on the one hand, and as a first approach to the Fourier transform on the other. This chapter ends with the theorems of Artin-Brauer. Chapter II provides the first steps into functional analysis by introducing Banach spaces, Hilbert spaces, Fourier series, and – as a special topic – Banach spaces over the field Bbb Q_p of p-adic numbers. Chapter III turns to integration theory, with the focus on the Lebesgue integral and the related function spaces. Chapter IV discusses the theory of the (analytic) Fourier transform in various function spaces, including the theorem of Riemann-Lebesgue and the Poisson formula. Chapter V lays the foundations of complex analysis by explaining holomorphic functions of one complex variable, whereas Chapter VI complements the discussion by deriving Cauchy’s formula and the calculus of residues. Chapter VII, the last chapter of the book, is devoted to the more specific topic of Dirichlet series and its role in number theory. The material covered here comprises the basic properties of Dirichlet series defined in the complex half-plane, the Mellin transform, the integral formula for Dirichlet series, the Riemann zeta function, Dirichlet characters and Dirichlet L-functions, Dirichlet’s theorem of primes in arithmetic progressions, the Möbius function, and the Ramanujan tau function. Appendix A gives a proof of the famous prime number theorem, together with an outlook to the Riemann Hypothesis and to the Lindelöf Hypothesis. Appendix B deals with the Haar measure on the topological group text{SL}_n(Bbb R) and with the volume of the quotient space text{SL}_n(Bbb R)/text{SL}_n(Bbb Z). Appendix C provides further examples of representations of finite groups, including permutation groups, p-groups, and the group {GL}_2(Bbb F) for a finite field Bbb F. Appendix D touches upon functions of a p-adic variable, with a special emphasis on locally analytic functions on Bbb Z_p and on the p-adic zeta function. Appendix E points to the arithmetic of elliptic curves and to the conjecture of Birch and Swinnerton-Dyer, with briefly explaining modular forms along the way. Appendix F is very advanced and topical in that it provides an introduction to the celebrated Langlands program in algebraic number theory. In the course of this very instructive appendix, which directly leads to the forefront of current research in the field, the reader gets acquainted with adèles and idèles, with the according variants of integral transforms (à la Fourier and Mellin) of L-functions, and with automorphic representations. Appendix G contains nine selected problems, each of which is divided into several separate parts and questions. These problems are to illustrate how the basic theories developed in the main text can be applied to answer related, further-leading, and very fundamental questions in the respective context. For each of these problems, a detailed solution is worked out. Also, the complexity of these selected problems (and their solutions) is to demonstrate, once more, the unity of mathematics in its entirety. The whole text is enriched by a vast amount of complementing, carefully selected and highly instructive exercises. Together with the just as numerous footnotes and accompanying remarks, which put the core material of the book in a much wider context, these exercises essentially extent the fascinating panorama of some of the most central and ubiquitous areas of modern pure mathematics. Overall, both the cultural and the historical aspects of the subjects discussed in the current book are strongly emphasized, and the effective combination of classical topics and recent developments is just as masterful. In this regard, it is fair to state that the introductory textbook under review is of highly original and outstanding character. In fact, it offers a tremendous wealth of fundamental mathematics at its best, with a wide panoramic view, and that in an utmost lucid, detailed, enlightening and inspiring expository style of mathematical writing. No doubt, this book is an extremely useful companion for every student striving for a broad knowledge of fundamental contemporary mathematics. A translation into English of this excellent, fairly unique text would be a great gain for the international mathematical community as a whole. (ZDM/Mathdi)
– les 100 premières pages sont consacrées au vocabulaire mathématique (Grammaire élémentaire, Produits, sommes et quotients, Groupes finis, Algèbre linéaire, Topologie, Compacité, Connexité, Convergence de fonctions, Espaces vectoriels normés, Tératologie1, Constructions de nombres) ;
– les 180 suivantes contiennent neuf chapitres et constituent le noyau central : Représentation des groupes finis, Espaces de Banach, Intégration, Transformée de Fourier, Fonctions holomorphes, Formule des résidus, Séries de Dirichlet. Chaque chapitre comporte une douzaine d’exercices dont la moitié corrigés.
Notes
Cet ouvrage est l’objet d’une recension sous la rubrique « matériaux pour une documentation » du Bulletin de l’APMEP n° 487.
Données de publication
Éditeur Les éditions de l’Ecole polytechnique Palaiseau , 2009 Format 16,5 cm x 24 cm, 470 p. Index Bibliogr. p. 389-406
ISBN 2-7302-1563-8 EAN 9782730215633
Public visé élève ou étudiant, enseignant Niveau master Âge 21, 22
Type ouvrage (au sens classique de l’édition) Langue français Support papier
Classification
Mots-clés