History and Epistemology in Mathematics Education: Proceedings of the Sixth European Summer University (ESU 6). Defining derivatives, integrals and continuity in secondary school. p. 197-210.

(Définir dérivées, intégrales et continuité au Lycée. Une approche par phases inspirée de l'histoire.)

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Résumé

Dans l’histoire, les concepts d’analyse ont été développés dans l’ordre inverse de l’ordre déductif. Au 17e siècle, Newton et Leibniz ont introduit des dérivées et des intégrales afin de résoudre des problèmes physiques et géométriques. Au 19e et 20e siècle, les mathématiciens ont fourni les bases de cette théorie, en donnant une définition précise du concept de limite. Les problèmes de fondements étaient typiques du XIXe siècle, mais, de plus, ces définitions précises étaient devenues nécessaires dans le concept plus général de fonction. Des fonctions « étranges » étaient apparues, dont la continuité, la différentiabilité et l’intégrabilité ne pouvaient être décidées sans définitions affinées.
Dans de nombreux cours et manuels, des définitions formelles sont introduites dès le début. Pour les élèves, ces définitions semblent compliquer les choses inutilement. Plus tard, dans ces cours et ces manuels, on fait « du fromage avec des trous » (en remplaçant les preuves trop difficiles par les mots « on peut prouver que . »). L’auteur propose d’utiliser les concepts « visuels » de la dérivée (pente de la tangente), de l’intégrale (surface) et de la continuité (courbe connexe) de manière importante, au moins dans une première phase. A la fin du cours, il propose de confronter les élèves à des fonctions oscillantes et à des fonctions ayant un nombre infini de discontinuités, afin de motiver des définitions affinées. La dernière phase, réservée aux élèves les plus orientés vers les mathématiques, consiste à utiliser ces définitions affinées dans quelques exemples de preuves. Pour cette proposition, l’inspiration historique a été utilisée sans copier l’histoire.

Abstract

Historically, the concepts of analysis have been developed in the opposite order compared to the deductive order. In the 17th century, Newton and Leibniz introduced derivatives and integrals in order to solve physical and geometrical problems. In the 19th and 20th century, mathematicians have provided foundations for this theory, by giving a precise definition of the limit concept. Not only were foundation problems typical of the 19th century, but also these precise definitions had become necessary by the more general concept of a function. « Strange » functions had appeared, whose continuity, differentiability and integrability could not be decided without refined definitions.
In many courses and textbooks, formal definitions are introduced from the beginning. For pupils, these definitions seem to complicate things unnecessarily. Later on, in these courses and textbooks, one makes « cheese with holes » (by replacing too difficult proofs by the words « one can prove that. »). Our proposal is to use « visual » concepts of derivative (slope of the tangent), integral (area) and continuity (connected curve) in a consequent way, at least in a first phase. At the end of the course, we propose to confront pupils with some oscillating functions and functions with an infinite number of discontinuities, in order to motivate refined definitions. The last phase, only for the most mathematically oriented pupils, consists of using these refined definitions in a few examples of proofs. For this proposal, we used historical inspiration without copying history.

Notes

Chapitre des Actes de la sixième université d’été (ESU 6).

Données de publication

Éditeur Verlag Holzhausen GmbH Vienne , 2011 Format p. 197-210 Index Bibliogr. p. 210-210

ISBN 3-85493-208-1 EAN 9783854932086

Public visé chercheur, enseignant, formateur Niveau 1re, 2de, lycée, terminale Âge 15, 16, 17

Type chapitre d’un ouvrage Langue anglais Support papier

Classification