"Le théorème des quatre couleurs sous forme de webcomic xkcd ce serait le top. "
Abawi, facile, il a juste fallu 1200 heures de calcul
Non, sans blague, un théorème joli et facile. Le problème principal étant que les théorèmes que j'affectionne le plus (les résultats sur les nombres Oméga de Chaitin, le paradoxe de Banach-Tarski, les théorèmes d'incomplétude de Gödel, le théorème de Tykhonov, quelques résultats de probas) ont des démonstrations élégantes (enfin, plus ou moins - ahem l'incomplétude et les probas), mais pas facilement accessibles.
Ah si, pour des non-mathématiciens, le fait qu'il existe des infinis plus grands que d'autres, c'est troublant, je peux vous faire celle-là. Donc :
Théorème : il existe des infinis plus grands que d'autres.
Déjà, pour commencer, expliquons la notion d'« ensemble » mathématique.
Définition : Un ensemble est un sac de trucs. Par exemple {vache,poulet,cochon} est l'ensemble à trois éléments contenant "vache", "poulet" et "cochon" (on dit que "vache", "poulet" ou "cochon" « appartiennent » à l'ensemble). Un ensemble peut contenir d'autres ensembles : {vache,{poulet,cochon}} est l'ensemble contenant "vache" et contenant l'ensemble {poulet,cochon}. Un ensemble peut être infini (par exemple, {vache_1, ... , vache_42, ...} est l'ensemble qui contient vache_n pour tout entier n. On note l'ensemble vide {}, sac ne contenant aucun élément.
Définition : Un ensemble E est inclus dans un ensemble F si chaque truc contenu dans E est aussi contenu dans F. Par exemple, {vache} est inclus dans {vache,cochon} qui est lui-même inclus dans {vache,cochon,42,17}.
Définition : Pour un ensemble E, l'ensemble des parties de E, noté P(E), et l'ensemble de tous les ensembles inclus dans E. Par exemple, P({vache,cochon}) = {{},{vache},{cochon},{vache,cochon}}.
Définition : On dit que deux ensembles E et F ont même taille si à chaque élément de E, on peut associer un unique élément de F, et ainsi couvrir tous les éléments de F.
Théorème plus précis : Soit E un ensemble. Alors E n'a pas la même taille que P(E).
Démonstration :
Supposons par l'absurde qu'ils aient la même taille. On peut donc associer à chaque élément x de E un élément i(x), appartenant à P(E), tel que pour tout élément y de P(E), il existe un élément x de E vérifiant i(x)=y (de telle sorte à ce que F soit entièrement "couvert").
Alors considérons l'ensemble F des éléments x de E tels que x n'appartient pas à i(x). Cette définition est parfaitement valable : i(x) est un ensemble inclus dans P(E), il peut donc contenir - ou non - x.
L'ensemble F est inclus dans E, vu qu'il est composé d'éléments de E. F est donc un élément de P(E), et par hypothèse, il existe un x tel que i(x) = F. Maintenant, on a deux options :
- Soit x appartient à F, mais c'est impossible, puisque par définition de F, x n'appartiendrait pas à i(x) = F.
- Soit x n'appartient pas à F, mais dans ce cas, x n'appartient pas à i(x), et x appartiendrait à F par définition, c'est aussi impossible.
Les deux possibilités sont impossibles : l'hypothèse de départ induit une contradiction, donc les ensembles n'ont pas la même taille.
Maintenant, il suffit de prendre un ensemble infini pour E (par exemple, l'ensemble des entiers naturels {0,1,2,...,42,...}, la démonstration reste valable, et on a trouvé un ensemble infini de taille strictement plus grande qu'un autre ensemble infini. Il existe des infinis plus grands que d'autres
Pour des explications moins vulgarisées mais plus précises : https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_de_Cantor 