
Möbius étudia
à Halle, à
Göttingen où Gauss
fut son professeur et à Leipzig où il obtint (1815) son doctorat d'Astronomie
dirigé par Pfaff. Professeur d'astronomie à Leipzig, il
en rénova l'observatoire et le dirigea en 1821.
Ses travaux mathématiques, qu'il publia dans le journal de Crelle portèrent essentiellement sur la géométrie projective et la géométrie différentielle : étude des surfaces qu'avait déjà rénovée Gauss où il introduit son célèbre ruban non orientable, touchant donc ainsi à un problème fondamental de topologie.
L'introduction des transformations projectives et de nouvelles coordonnées dites homogènes vont complètement rénover l'étude de perspective initiée par Pappus et Désargues.
On attribue à Möbius et Chasles le concept de segment orienté AB (qui sera appelé vecteur par Hamilton en 1843) auquel on attribue une mesure (algébrique). La formule, dite "de Chasles" fut énoncée antérieurement par Argand dans la construction du plan complexe.
| Le calcul barycentrique : |

Dans son traité Le calcul barycentrique, nouveau moyen de
traiter la géométrie analytiquement (Der barycentrische
calcul, 1827), Möbius introduit les coordonnées
barycentriques, et les coordonnées homogènes, invariantes par perspective
(car fondées sur l'invariance du birapport
de quatre points alignés), permettant une définition
analytique des transformations projectives et d'établir le
lien avec la géométrie affine, laquelle apparaît
sous-jacente.
Cette vision analytique de la géométrie, pourtant fort belle, et se libérant d'axes de coordonnées fixes souvent plus encombrants que pratiques, sera critiquée par Von Staudt attachée à une géométrie synthétique (excluant l'aspect analytique des coordonnées) mais confortée par Plücker.
Si l'on peut
considérer Möbius comme fondateur d'une théorie moderne du barycentre,
(enseignée de façon élémentaire dès la classe de 1ère S), il faut noter qu'en
physique, le calcul
barycentrique
fut introduit bien auparavant dans les travaux de mécanique de
Guldin
et de König.
Sans oublier l'illustre initiateur du concept de centre de gravité des figures
planes et des solides : Archimède
et Leibniz qui en développa les propriétés
mathématiques
|
|
Si la paternité de l'adjectif barycentrique peut être attribuée à Möbius, selon Larousse, le terme barycentre n'aurait été introduit en physique qu'en 1877 (par ???) pour signifier centre de gravité (du grec barus = pesant) et ne fut introduit en mathématiques qu'en 1928 (par ???). A l'aide, Aiuto, Help, Hilfe : toute notre reconnaissance à qui saura remplacer ces ???... |
| Les transformations projectives et la transformation de Möbius : |
Dans le cadre de la géométrie projective, Möbius, en Allemagne, développe la notion de transformation projective conservant l'alignement et le birapport de quatre points alignés, indépendamment de Chasles, en France, qui préféra l'appellation transformation homographique.
Dans un sens différent mais cependant lié, l'homographie prête son nom aux représentations graphiques des fonctions numériques, étudiées au lycée dès la classe de seconde, de la forme :
(1)Dans un repère orthonormé du
plan, les courbes correspondantes sont des hyperboles dont les deux branches
sont isométriques.
L'hyperbole
Etude
analytique d'une perspective plane
On
peut se rendre compte du lien entre les transformations projectives et l'homographie
au sens élémentaire rappelé ci-dessus dans un cas
simple : en géométrie affine, un point M d'une droite
(d) est parfaitement défini par son abscisse dans un
repère (A,B) de (d) mais la perspective (projection
centrale) va modifier cette
abscisse. Considérons alors un point C autre que A et B.
Notons a, b, c et x les abscisses de A, B, C et M dans un
repère affine quelconque de (d). Le triplet (A,B,C) étant fixé, M est
parfaitement déterminé par le
birapport
:
Le réel u est invariant par perspective. C'est une fonction homographique de x.
Remarquer aussi que si la variable complexe z
remplace le réel x dans l'écriture homographique (1) et si a, b, c et d
désignent des complexes, en écrivant :
on définit une
transformation T du plan en identifiant un point M(x,y) du plan au complexe z =
x + iy.
La
transformation de Möbius,
également dite inversion
complexe ou
inversion indirecte
(a = 0 et bc non nul) : z
1/z
= z/|z|2
= z/|
z
|2,
est la composée d'une inversion de pôle O (z
z/|z|2 , de centre O de puissance
1) suivie de la symétrie par rapport à l'axe réel.
Inversion géométrique :
Moebius Transformations Revealed sur YouTube :![]()
Forme complexe de l'inversion géométrique ,
expression analytique d'une inversion ,
inverse d'un cercle passant par le pôle
La transformation (3) peut être une transformation affine :
Translation (a = d = 1, c = 0);
Similitude directe (a non nul, c = 0, d = 1) dont les rotations, homothéties et dilatations.
![]()
Pour en savoir plus :
| Le célèbre ruban (ou anneau) de Möbius (1858) : |

Je
suis un ruban
de Möbius :
surface fermée non orientable dont on peut
obtenir facilement une approximation : coller un
ruban de papier ou de carton souple par ses extrémités en retournant la première).
Contraintes
technique de réalisation : Notons
que retourner le ruban de papier ou carton n'est pas toujours chose possible
sans prendre le risque de déchirer ledit ruban. On démontre que si le rapport de
la longueur L à la largeur
est au
moins égal à
3,
le retournement devrait "bien" se passer. Plus précisément, la valeur minimale
de L/
est comprise dans l'intervalle [π/2,
3].
Tout dépend aussi, évidemment, de la rigidité dans le cas d'un carton, voire
d'une tôle !
De prime abord, on estime que toute surface ou volume fermés possède un "intérieur" et un "extérieur". Ainsi, se promenant à l'intérieur, on ne passe pas sans discontinuité à l'extérieur : entendons par là qu'il doit se passer quelque chose de remarquable en passant de l'un à l'autre.
Or, se promenant le long d'un ruban de Möbius, le bord qui était à votre droite devient le bord gauche (ou encore : le bord du dessus devient le bord du dessous). Vous passez continûment, sans vous en apercevoir, de l'intérieur à l'extérieur, du "dessus" à "dessous" : cette surface ne possède (mathématiquement) ni l'un ni l'autre. C'est une propriété topologique surprenante remarquée par Listing à la même époque. Non moins surprenante est la propriété que vous observerez en découpant le ruban en suivant un chemin médian...
Le
principe du ruban est encore
utilisé (image de gauche) dans la transmission croisée par courroie de certaines machines
industrielles (menuiserie, anciennes moissonneuses-batteuses, etc.) afin
d'obtenir une rotation inverse entre poulie entraineuse et poulie entraînée (ci-dessous à gauche) et aussi d'éviter d'user qu'une
face de la courroie.
Source image :
IUFM technologie Montpellier

On
remarquera aussi que le ruban sert de logo pour les
produits recyclables ! La forme "équilatérale" sera obtenue en "pinçant" un
ruban de Möbius en 3 endroits équidistants.
Klein
, Riemann , Jordan , Hausdorff , Poincaré
Étude d'une équation paramétrique du ruban :
Ruban de Möbius sur
YouTube
: #1 ,
#2

Belles représentations
fixes ou animées, équations :
| Fonction m de Möbius : |
fonction arithmétique définie de N* dans {-1,0,1} par :

Si
n et m sont premiers entre eux, alors
m(n x
m) = m(n)
x m(m) : on parle de fonction
multiplicative. Elle n'est pas complètement multiplicative :
m(2) = -1, m(6) = 1 mais
m(12)
= 0 : répétition du facteur premier 2. Les fonctions f : n
na
, a réel positif, sont complètement multiplicatives.
Erdös a montré que toute application
multiplicative croissante est complètement multiplicative et de la forme n
na.

Ruban de Möbius 3D (Mihama, Japon) - Sculpture de
K. Ushio