\input ams

\special{header=mdrlib.ps}

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\long\def\InsertFig#1 #2 #3 #4\EndFig{\par
\hbox{\hskip #1mm$\vbox to#2mm{\vfil\special{" 
#3}}#4$}}

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\hbox{\hskip #1mm$\vbox to#2mm{%
\vfil\special{psfile="`img2eps file #7 height #4 mm width #3 mm gamma #5
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\long\def\LabelTeX#1 #2 #3\ELTX{\rlap{\kern#1mm\raise#2mm\hbox{#3}}}

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\def\Cal{\fam\Calfam\tenCal}

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\def\Bbb{\fam\Bbbfam\tenBbb}

% Usual sets of numbers  
\def\bC{{\Bbb C}}
\def\bN{{\Bbb N}}
\def\bP{{\Bbb P}}
\def\bQ{{\Bbb Q}}
\def\bR{{\Bbb R}}
\def\bZ{{\Bbb Z}}

\def\?{\hbox{$\,$}}

\def\cE{{\Cal E}}
\def\cH{{\Cal H}}

\def\diam{\mathop{\rm diam}}
\def\Re{\mathop{\rm Re}}
\def\Im{\mathop{\rm Im}}

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\def\build#1^#2_#3{\mathop{#1}\limits^{#2}_{#3}}
\def\\{\hfil\break}

\centerline{\seventeenbf Objets fractals :}
\medskip
\centerline{\seventeenbf illustration de quelques concepts}
\medskip
\centerline{\seventeenbf et outils mathématiques}
\medskip\medskip
\centerline{\it Jean-Pierre Demailly}
\centerline{\it Institut Fourier, Université de Grenoble I}
\vskip 2cm
Conférence donnée le jeudi 15 mai dans la cadre du module du
Collège Doctoral UJF\break 
«\?\?Du chaos à la complexité~: vers l’émergence d'une 
thématique pluridisciplinaire\?»\break 
(Maison des Sciences de l'Homme, du mardi 13 mai au jeudi 15 mai 2008).
\vskip1cm
(Version du 25 mai 2008)
\vfill\eject


\centerline{\fourteenbf Le concept de dimension}
\bigskip

La dimension d'un «\?espace\?» (ensemble de points dans lequel on se place)
est classiquement le {\it nombre de coordonnées} nécessaires pour 
repérer un point de cet espace. C'est donc a priori un {\it nombre entier}.
On va introduire ici une notion plus générale, qui conduit à
des dimensions non nécessairement entières.
\medskip

{\it Objet de dimension 1}
\InsertFig  5.000  10.000  {
gsave
1 mm unit 
initcoordinates 
  0.600  setlinewidth
  0.000  0.000  moveto  10.000 0.000  lineto stroke
 40.000  0.000  moveto  70.000 0.000  lineto stroke
 40.000  0.000 moveto  
 70.000  0.000   0.700   0.000  3 0 (I) sequence stroke
grestore
}
\LabelTeX 22.000 -1.000 $\build\rightsquigarrow^{\textstyle\times 3}_{}$ \ELTX
\LabelTeX 82.000 -1.000 $\times 3^1$ \ELTX
\EndFig
\medskip
Par une homothétie de rapport 3, la mesure (longueur) est multipliée
par~$3=3^1$, l'objet résultant contient 3 fois l'objet initial. La dimension
d'un segment est $1$.
\medskip

{\it Objet de dimension 2}
\InsertFig  5.000  35.000  {
gsave
1 mm unit 
initcoordinates 
  0.600  setlinewidth
  0.000 10.000  moveto  10.000 10.000  lineto
 10.000 20.000  lineto   0.000 20.000  lineto closepath stroke
 40.000  0.000  moveto  70.000 0.000  lineto stroke
 40.000  0.000  translate
  0.000  0.000  moveto  30.000  0.000  lineto
 30.000 30.000  lineto   0.000 30.000  lineto closepath stroke
  0.000 10.000  moveto  30.000 10.000  lineto
  0.000 20.000  moveto  30.000 20.000  lineto
 10.000  0.000  moveto  10.000 30.000  lineto
 20.000  0.000  moveto  20.000 30.000  lineto stroke
grestore
}
\LabelTeX 22.000 14.000 $\build\rightsquigarrow^{\textstyle\times 3}_{}$ \ELTX
\LabelTeX 82.000 14.000 $\times 3^2$ \ELTX
\EndFig
\medskip
Par une homothétie de rapport 3, la mesure (aire) de l'objet est multipliée
par~$9=3^2$, l'objet résultant contient 9 fois l'objet initial.
La dimension du carré est $2$.
\medskip

En généralisant, {\it pour un objet de dimension $d$}, l'effet d'une homothétie
de rapport $3$ est de {\it multiplier la mesure par $3^d$}.
\medskip

{\bf Qu'en est-il d'un ensemble fractal ?}\\

\vbox{%
{\it Prenons l'exemple\\
de la courbe de Koch}\\
(ou flocon de neige)\\
obtenue par itération\\
du procédé ci-contre $\longrightarrow$}
\vskip -20mm
\InsertImage 70 65 45 0 1.1 0 koch_curve.png
\EndFig
\vskip -38mm
\InsertImage 5 35 35 0 1.1 0 flocon.gif
\EndFig

\InsertImage 0 25 135.5 0 1.1 0 koch_dilat.gif 
\LabelTeX 36 3 $\build\rightsquigarrow^{\textstyle\times 3}_{}$\ELTX
\EndFig

Par une homothétie de rapport $3$, l'objet devient un objet de nature
identique, contenant $4$ morceaux de même taille que l'objet initial,
donc de mesure 4 fois plus grande. Ceci conduit à poser
$$
3^d=4 ~~~\Longrightarrow~~~
d={\ln 4\over\ln 3}= 1.26185950714\ldots
$$
Il nous faut admettre ici que la dimension n'est pas un entier, mais un nombre
compris strictement entre $1$ et $2$~!

Il est facile de voir d'autre part que la longueur de la courbe de Koch 
est infinie~: à chaque itération, la longueur est multipliée par $4/3$, donc
si le segment initial est pris pour unité, la longueur de la $n$-ième
itération est $(4/3)^n$, ce qui tend vers l'infini. D'autre part, l'aire est
nulle. En effet, par récurrence sur le nombre d'itérations,
on voit que la courbe de
Koch est entièrement contenue dans le triangle isocèle ayant pour base
le segment initial et une hauteur égale à $\sqrt{3}/6$ fois cette base. 
Comme la $n$-ième itération découpe dans la courbe de Koch $4^n$ parties dont 
la taille est homothétique à la courbe toute entière dans le rapport $3^{-n}$,
celle-ci est contenue dans une réunion
de $4^n$ petits triangles d'aire $\sqrt{3}/12\times(3^{-n})^2$, soit une aire
totale $\sqrt{3}/12\times 4^n\times 9^{-n}$, qui tend bien vers~$0$ quand
$n\to+\infty$.

A titre d'exercice, on pourra chercher à évaluer la dimension du
«\?triangle de Sierpinski\?» figuré ci-dessous. Ce fractal est obtenu 
en partant d'un triangle équilatéral, puis en enlevant le triangle
central dans un découpage en 4 triangles semblables dans le rapport~$1/2$.
On répète ensuite indéfiniment le procédé sur tous les triangles obtenus
à chaque étape.

\InsertImage 45 50 50 0 1.1 0 sierpinski_triangle.jpg
\EndFig
\medskip

On montrera facilement que l'aire du triangle de Sierpinski est nulle. De 
manière analogue, on
construit le «\?tapis de Sierpinski\?» en partant d'un carré, en le divisant
en 9 carrés homothétiques dans le rapport $1/3$ et en enlevant le carré
central. Dans l'espace de dimension~$3$, l'«\?éponge de Sierpinski\?» 
est obtenue à partir d'un cube divisé en 27 petits cubes, privé du
cube central. On montrera que son aire est infinie, tandis que le
volume est nul.  \vskip1cm

\centerline{\fourteenbf Mesures de Hausdorff}
\medskip
Les considérations qui précèdent se généralisent à l'aide
des mesures $p$-dimensionnelles introduites par Felix Hausdorff 
(1868-1942) -- l'un des fondateurs de la topologie moderne.

Si $(\cE,d)$ est un espace 
métrique quelconque, on définit la mesure de Hausdorff $p$-dimension­nelle
d'une partie $A$ de $\cE$ par
$$
\cH_p(A)=\lim_{\varepsilon\to 0}
\cH_{p,\varepsilon}(A),\quad
\cH_{p,\varepsilon}(A)=\inf_{\diam A_i\le\varepsilon}\sum_i(\diam A_i)^p
$$ 
où $\cH_{p,\varepsilon}(A)$ est la borne inférieure des sommes
$\sum_i(\diam A_i)^p$ étendue à toutes les partitions dénombrables
$A=\bigcup A_i$ avec $\diam A_i\le\varepsilon$. 

Intuitivement, on charche à paver $A$ par des parties $A_i$ dont on évalue
la $p$-mesure comme si elles étaient des «\?hyper-cubes\?» de dimension~$p$,
puis on améliore la précision en demandant que le diamètre des $A_i$ tende
vers~zéro.

On montre que $\cH_p$ définit une «\?mesure borélienne dénombrablement 
additive\?», c'est-à-dire qu'elle est définie sans ambiguité sur tous les
ouverts, fermés et leurs unions, intersections finies ou dénombrables répétées
autant de fois que l'on veut, avec la propriété que
$\cH_p(\bigcup A_i)=\sum_i\cH_p(A_i)$ pour de parties boréliennes
disjointes -- sur les parties non boréliennes, on obtient seulement 
une «\?mesure extérieure\?» qui vérifie 
$\cH_p(\bigcup A_i)\le\sum_i\cH_p(A_i)$.

Dans $\cE=\bR^n$ avec sa structure euclidienne habituelle, cette
mesure coïncide pour $p$ entier avec la mesure d'aide euclidienne
$p$-dimensionnelle, à un facteur de proportionnalité près égal au
volume de la boule euclidienne de dimension~$p$ et de diamètre $1$.
Ces mesures permettent de donner une définition précise de la 
«\?dimension de Hausdorff\?»~:
\medskip

{\bf Définition.} {\it Si $(\cE,d)$ est un espace 
métrique et $A$ une partie de $\cE$, ont dit que $A$ est de dimension de Hausdorff égale à $p_0$ si on a 
$$
\hbox{$\cH_p(A)=+\infty$~ pour $p<p_0$ et~~~$\cH_p(A)=0$~ pour $p>p_0$.}
$$}
Il est facile de voir que dans $\bR^n$, la dimension d'une partie 
quelconque est toujours de dimension${}\le n$ (c'est-à-dire que
$\cH_p(A)=0$ pour $p>n$)$\,$: on pourra pour cela commencer par montrer
que la $\cH_p$-mesure d'un $n$-cube est nulle pour $p>n$,
puis utiliser la sous-additivité dénombrable à l'aide d'un recouvrement
de $A$ par des cubes. Par ailleurs, en général, on ne peut rien dire sur
$\cH_{p_0}(A)$, cette valeur peut très bien être nulle, finie ou infinie.
\vfill\eject

\centerline{\fourteenbf Systèmes dynamiques discrets}
\medskip
L'une des façons les plus usuelles d'obtenir des objets fractal est
de considérer un «\?système dynamique\?». D'un point de vue mathématique,
il s'agit simplement de considérer une certaine transformation continue
$f:X\to X$ d'un espace $X$, puis de regarder l'évolution des
points par itération de~$f$. Autrement dit, étant donné un point initial $x_0$,
on regarde la suite définie par la relation de récurrence $x_{n+1}=f(x_n)$,
c'est-à-dire encore ce qu'on appelle l'orbite de $x_0$ sous l'action des
composées successives
$$
f^{[n]}=f\circ f\circ\cdots\circ f:X\to X,\qquad x_n=f^{[n]}(x_0).
$$
En mathématiques, on cherche toujours à étudier d'abord les situations
non triviales les plus simples possibles. L'une de celles-ci consiste
à regarder dans le plan complexe $\bC$ la transformation quadratique
$$
P_c:\bC\to\bC,\qquad P_c(z)=z^2+c~é\hbox{où $c$ est un paramètre.}
$$
On considère donc {\it l'orbite} $z_n=P_c^{[n]}(z_0)$ d'un point 
$z_0\in\bC$ donné. On notera que $P_c^{[2]}(z)=(z^2+c)^2+c$ est
un polynôme de degré $4\;$; de manière générale, $P_c^{[n]}$ est un polynôme
de degré~$2^n$. On introduit par définition~:

{\bf Ensemble de Julia de $P_c$.} {\it
On appelle ensemble de Julia rempli $K_c$ l'ensemble des points initiaux 
$z_0$ tels que la suite $(z_n)$ reste bornée, et ensemble de Julia
le bord $J_c=\partial K_c$ de l'ensemble de Julia rempli~$K_c$.}

Si $c=0$, on a simplement $P_0^{[n]}(z)=z^{2^n}$ et on voit aussitôt que
$K_0$ consiste en le disque unité fermé $|z|\le 1$ (donc $J_0$ est le
cercle unité). Pour tout autre valeur
$c\ne 0$ on obtient un ensemble fractal. Voici par exemple une image
de $J_c$ et $K_c$ pour la valeur $c=0,328075517+0,022051744\,i$
du paramètre~:

\InsertImage 45 65 52 0 1.1 0 julia1.png
\LabelTeX -6 30 $K_c$\ELTX
\EndFig
\medskip

On notera que si on remplace $z_0$ par $z_0'=z_1=P_c(z_0)$, on obtient la
même suite avec simplement un décalage d'indice, donc $z_0\in K_c$ si et 
seulement si $z_0'=P_c(z_0)\in K_c$. Par conséquent, ceci montre 
que $P_c(K_c)=K_c$
et $P_c^{-1}(K_c)=K_c$, autrement dit $J_c$ et $K_c$ sont {\bf auto-similaires} 
sous l'action de la transformation $P_c$.

La propriété d'autosimilarité est une caractéristique assez générale des
objets fractals - notamment tous ceux obtenus par le procédé qui vient d'être
décrit. Il existe cependant des objets fractals plus compliqués, comme
l'ensemble de Mandelbrot (du nom du mathématicien
franco-américain Benoît Mandelbrot, né à Varsovie en 1924).
\medskip

{\bf Ensemble de Mandelbrot} {\it C'est l'ensemble $M$ des valeurs complexes
$c$ du paramètre telles que l'ensemble de Julia $K_c$ associé à $P_c$ 
soit connexe.}

\InsertImage 8 75 120 0 1.1 0 mandelbrot.png
\LabelTeX 81 27 $M$\ELTX
\LabelTeX 13 64 $K_c$\ELTX
\LabelTeX 13 31 $K_{c'}$\ELTX
\LabelTeX 90 34.5 $\times$\ELTX
\LabelTeX 87 38 $c=0$\ELTX
\EndFig
\smallskip

L'ensemble de Mandelbrot $M$ consiste en le domaine intérieur blanc 
de la partie droite de l'image (avec ses infinies ramifications~$\ldots$). 
Sur cette partie droite figurent aussi la position de deux valeurs
complexes $c$ et $c'$ (points rouge et violet), et, à gauche, les
ensembles de Julia associés $K_c$ et $K_{c'}$. On voit que $K_c$ est connexe,
donc $c$ est dans l'ensemble de Mandelbrot, tandis que $K_{c'}$ n'est
pas connexe, donc $c'$ n'est pas dans $M$. 


Si on note $M_{z_0}$ l'ensemble des valeurs de $c$ telles
que la suite $z_n$ de point initial $z_0=0$ soit bornée,
on peut démontrer que l'on a en fait $M=M_0$. L'ensemble de Mandelbrot
$M$ est seulement partiellement auto-similaire$\,$; il comporte des parties qui
sont des répliques approximatives de l'ensemble complet, mais aussi d'autres
qui sont dissemblables~:

\vbox{%
\InsertImage 28 60 80 0 1.1 0 mandelbrot2.png
\EndFig
\vskip-10mm
}

La structure de $M$ est beaucoup plus compliquée que celle des ensembles de
Julia~$J_c$, comme il est déjà apparent sur les images ci-dessus.
On sait par exemple que $M$ est connexe, mais on ne sait pas à ce jour
si $M$ est localement connexe$\,$; rappelons qu'un espace est dit 
localement connexe si tout point admet des voisinages connexes 
arbitrairement petits. L'espace appelé «\?peigne dénombrable\?»
est un exemple typique d'espace connexe non localement connexe~:

\InsertFig 20 35 {
gsave
1 mm unit
0 0 moveto 100 0 lineto stroke
/k 1 def
1 1 15 {
pop 
100 k div dup 0 moveto 25 lineto stroke 
/k k 1.414213 mul def
} for
0.3 setlinewidth
0 0 moveto 0 25 lineto stroke
1 0 0 setrgbcolor
0 13 moveto 0.7 disk
0.1 setlinewidth
0 13 moveto 3 circle
grestore
}
\EndFig
\medskip

Le mathématicien japonais Shishikura a pu démontrer en 1992 que la
frontière de l'en\-semble de Mandelbrot est de dimension de Hausdorff
$2$ (donc maximale dans le plan), mais on ne sait pas si sa mesure
$2$-dimensionnelle est nulle ou non (les experts pensent que cette
mesure est bien nulle, avis aux amateurs~!).

Pour obtenir l'image de $M=M_0$ à l'aide d'un programme d'ordinateur, on procède
comme suit. On convient d'une valeur assez grande, disons $10^9$, qui
teste le caractère non borné de la suite, et un nombre d'itérations assez
grand, disons $N=150$. Étant donné une valeur complexe $c$ fixée
représentée par un pixel de l'écran d'ordinateur,
on calcule la suite $z_n$ telle que $z_0=0$ et $z_{n+1}=P_c(z_0)$, pour
$n\le N=150$. Si toutes ces valeurs restent inférieures à $10^9$, il
est probable que la suite $(z_n)$ est bornée, donc on décide que
$c\in M$ (ou du moins dans son approximation calculée par l'ordinateur),
et on affecte la couleur blanche au pixel. Sinon il existe une valeur
$n_0<N=150$ telle que $|z_n|\le 10^9$ pour $n\ne n_0$, et 
$|z_n|>10^9$ pour $n=n_0+1$. On arrête alors le calcul en estimant que
la suite $(z_n)$ va tendre vers l'infini, et on affecte au pixel
une couleur (brunâtre ou violette dans les deux images de la page
précédente) qui dépend de la valeur de $n_0$~: sur la schéma
ci-dessus, la couleur est d'autant plus foncée que $n_0$ est plus grand.
Ceci donne les zones colorées qui «\?entourent\?» l'ensemble de Mandelbrot.
En réalité, il ne s'agit pas d'un simple artifice de représentation graphique,
ces zones colorées ont une signification mathématique et physique. 
On peut en effet regarder les fonctions
$$
G_n(z,c)=2^{-n}\log_+|P_c^{[n]}(z)|
$$
où $\log_+t=\max(0,\log t)$ est la partie positive du logarithme. Du fait
que $P_c^{[n]}$ est de degré~$2^n$, on peut démontrer assez facilement que 
$G_n(z,c)$ converge vers une fonction $G(z,c)\ge 0$ qui est nulle sur le
graphe $\Gamma=\{(z,c)\in\bC^2\,;\;z\in K_c\}$ (là où la suite 
$P_c^{[n]}(z)$ est bornée), et strictement positive en dehors de $\Gamma$.
La valeur de $G(z,c)$ mesure la vitesse à laquelle la suite tend vers
l'infini. Comme les fonctions holomorphes sont harmoniques, on
vérifie facilement que $\Delta_z G(z,c)=0$ pour $z\notin J_c$. La fonction
$z\mapsto G(z,c)$ s'interprète comme le potentiel électrostatique créé par
un conducteur métallique cylindrique qui aurait la forme de $K_c$, et dont
le bord $J_c=\partial K_c$ serait chargé électriquement. Les zones 
colorées évoquées plus haut sont délimitées par les lignes 
équipotentielles~$\ldots$

L'ensemble $\Gamma$ est quand à lui un ensemble fractal de complexité
monstrueuse dans $\bC^2$ (donc dans un espace de dimension réelle $4$), 
dont les
tranches $c=\hbox{Cte}$ sont les ensembles de Julia remplis $K_c$, tandis
que les tranches $z=\hbox{Cte}$ sont les ensembles de Mandelbrot~$M_z$.
 
\vbox{%
\InsertImage 10 75 100 0 1.1 0 gnofract4d.png
\EndFig
\vskip-65.5mm
\InsertFig  20.000  40.000  {
gsave
1 mm unit 
initcoordinates 
  0.200  setlinewidth
  0 25 moveto 90 0 2.4 vector
  30 -5 moveto 60 90 2.4 vector
  1 0 0 setrgbcolor
  56 20 moveto 74.9 20 lineto stroke
  0 0 1 setrgbcolor
  60 8 moveto 60 42 lineto stroke
grestore
}
\LabelTeX 88 21 $z\in\bC$\ELTX
\LabelTeX 26.3 53 $c$\ELTX
\LabelTeX 60 4 $M_z$\ELTX
\LabelTeX 76 19 $K_c$\ELTX
\LabelTeX 46 49 $\Gamma$\ELTX
\EndFig
}
\vskip7mm


Le programme {\tt gnofract4d} permet d'explorer ce fractal quadridimensionnel.
Pour les experts, signa­lons que le $(1,1)$-courant positif $T=i\partial
\overline\partial G(z,c)$ dans $\bC^2$ a précisément comme support l'intérieur
de $\Gamma$, ses tranches sont donc les ensembles $M_z$ et $J_c$. La théorie des
courants positifs est un outil essentiel de l'analyse complexe 
contemporaine, particulièrement pour l'étude des systèmes
dynamiques holomorphes~$\ldots$
\medskip

{\bf Logiciels}

Voici 3 logiciels libres assez agréables à utiliser~: 

-- Fractint : {\tt http://www.fractint.org} (Linux/MacOS X/Windows)\\
-- Xaos : {\tt http://wmi.math.u-szeged.hu/xaos/doku.php} (Linux/MacOS X/Windows)\\
-- Gnofract4d :  {\tt http://gnofract4d.sourceforge.net/} (Linux/MacOS X)

Sous Windows, un logiciel réputé (mais non libre) est~:

-- Ultrafractal : {\tt http://www.ultrafractal.com }

\vfill\eject

\centerline{\fourteenbf L'entropie topologique}
\bigskip

On considère de nouveau une transformation $f:X\to X$, et on cherche 
à mesurer «\?combien $f$ mélange\?» l'espace~$X$. Voici une illustration
de la transformation dite du boulanger (ou de la «\?pâte feuilletée\?»),
du carré unité dans lui-même, itérée 17 fois~:

\InsertImage 8 154 120 0 1.1 0 joconde.png
\EndFig
\smallskip
La transformation du carré $X=[0,1]^2$ figurée ci-dessus est donnée par
$$
f(x,y)=\big(2x,(1+y)/2\big)~~\hbox{si $x\le 1/2$},\qquad
f(x,y)=\big(2x-1,(1-y)/2\big)~~\hbox{si $x\ge 1/2$}.
$$
La périodicité d'ordre 17 observée ici est un artefact dû à la discrétisation
de l'image en carrés de $256\times 256$ pixels.

En réalité la transformation
du boulanger est apériodique et conduirait à un mélange parfait de l'image
si celle-ci était non discrétisée.

D'un point de vue mathématique, le mélange plus ou moins grand provoqué par la
transformation $f$ est décrit par un nombre appelé «\?entropie topologique\?».
Voici une définition précise, due à Bowen et Dinaburg.

{\bf Définition.} {\it 
Soit $(X,d)$ un espace métrique compact et $f:X\to X$ une application
$($supposée en général continue$)$. On définit une nouvelle distance 
$d_n$ en posant
$$
d_n(x,y)=\max\{d(f^{[i]}(x),f^{[i]}(y)): 0\leq i<n\}.
$$
On appelle $N(n,\varepsilon)$ le nombre maximum de points de $X$ qui sont à
des distances mu­tuelles${}\ge\varepsilon$ pour $d_n$. Alors 
l'entropie topologique de $f$ est définie comme étant le nombre
$$
h_{\rm top}(f)=\lim_{\varepsilon\to 0} \left(\limsup_{n\to \infty} {1\over n}
\log N(n,\varepsilon)\right). 
$$}

Dans le cas où la transformation $f$ est périodique de période
$n_0$, le nombre $N(n,\varepsilon)$ ne croît plus quand $n\ge n_0$
et on voit donc que $h_{\rm top}(f)=0$. Intuitivement, $f$ n'entraîne
alors ni mélange ni perte d'information quand le nombre $n$ 
d'itérations tend vers~$+\infty$.

À l'attention des experts, nous voudrions signaler que l'entropie
topologique est liée à des invariants topologiques importants
de la transformation~$f$. Voici les deux résultats les plus significatifs
dans cette direction.
\medskip

{\bf Inégalité de Yomdin.} {\it
Si $f$ est une transformation $C^\infty$ d'une variété compacte 
$X$ alors 
$$h_{\rm top}(f)\geq \log\rho(f_*)$$
où $\rho(f_*)$ est le rayon spectral de la transformation linéaire
induite en homologie 
$$f_*:H_*(X,\bR)\to H_*(X,\bR)
$$ 
c'est-à-dire
sa plus grande valeur propre, comme endomorphisme de l'espace vectoriel
de dimension finie $H_*(X,\bR)$.}
\medskip

{\bf Égalité de Gromov-Yomdin.} {\it
Si $f$ est une transformation algébrique d'une variété projective
complexe~$X$, on a l'égalité~:
$$h_{\rm top}(f)=\log\rho(f_*).$$}
\medskip

{\bf Logiciel utilisé~:}

La transformation du boulanger a été calculée et illustrée au moyen
du programme Java {\tt transfo.jar} disponible sur la page
«\?Les transformations bijectives d'images\?» par
Jean-Paul Delahaye et Philippe Mathieu, à l'URL

{\tt http://www2.lifl.fr/$\,\tilde{\kern3pt}\,$mathieu/transform/}



\vfill\eject

\centerline{\fourteenbf Flots de champs de vecteurs}
\bigskip

L'étude de l'évolution de systèmes physiques au cours du temps se ramène
très fréquemment à l'étude d'équations différentielles portant sur des 
paramètres dépendant du\break temps~$t$. Pour un système physique complexe, 
il y a en général
un grand nombre de paramètres (position des particules, température,
pression, $\ldots$).

Très souvent, l'équation différentielle à étudier fait intervenir des
dérivées d'ordre supé\-rieur à~un. C'est presque toujours le cas en
mécanique, puisque la relation fondamentale de la dynamique met en jeu
l'accélération $\gamma=d^2x/dt^2$. Dans cette situation, il est 
toujours possible de se
ramener à un système d'équations différentielles d'ordre $1$ en
augmentant le nombre de paramètres~: dans le cas de l'accélération 
par exemple, il suffit d'introduire la vitesse $v=dx/dt$ 
comme paramètre supplémentaire, ce qui transforme une équation en $t$, $x$, 
$dx/dt$, $dx^2/dt^2$ en un système d'équations portant seulement sur 
$t$, $x$, $v$, $dx/dt=v$ et $dv/dt$.

De manière générale, d'un point de vue mathématique, on est ramené à
l'étude d'un espace de phase $\Omega$ qui est (localement au moins)
un domaine d'un espace $\bR^n$ avec $n$ assez grand, et une
équation d'évolution de la forme
$$
\frac{\overrightarrow{dM}}{dt}=\overrightarrow V(M),\qquad 
M=(x_1,\ldots,x_n)\in\Omega
$$
dans cet espace de phases, où $M\mapsto \overrightarrow{V}(M)$,
$\Omega\to\bR^n$ est ce qu'on appelle un champ de vecteurs sur 
l'espace~$\Omega$.
Autrement dit, on doit étudier un système différentiel de la forme
$$
\cases{
\displaystyle{dx_1\over dt}=V_1(x_1,\ldots,x_n)\cr
\noalign{\vskip3pt}
~\qquad\ldots\cr
\noalign{\vskip3pt}
\displaystyle{dx_n\over dt}=V_n(x_1,\ldots,x_n).\cr
}
\leqno(S)
$$
Le cas où le champ $\overrightarrow V(M)$ dépend lui aussi du temps se 
ramène aussi à ce formalisme en introduisant la variable supplémentaire
$x_{n+1}=t$ (avec l'équation évidente $dx_{n+1}/dt=1$).

D'un point de vue mathématique, toutes les équations différentielles
dépendant de la seule variable temporelle se ramènent donc à des
systèmes du type $(S)$ précédent, aux notations près. Le point
$M=(x_1,\ldots,x_n)$ doit être vu ici comme une description de l'état du
système. \'Etant donné un état $M_0$, il est particulièrement
important de comprendre ce qui se passe au voisinage~: le théorème dit de
{\it Cauchy-Lipschitz} affirme que si les fonctions $V_j(M)$ sont 
différentiables et de dérivées bornées, il existe toujours une solution 
unique $M(t)$ telle que
$M(0)=M_0$ sur un certain intervalle de temps $]-a,a[$ contenant~$0$~:
on peut donc prédire exactement l'évolution sur un petit intervalle de
temps vers le futur, et calculer aussi les états antérieurs à partir
de l'état connu en $t=0$. De manière surprenante, si les fonctions
$V_j$ ne sont que continues, l'état du système peut être imprédictible, comme
on le voit déjà avec l'équation $dx/dt=2\sqrt{|x|}$ qui admet 
deux solutions $x(t)=0$ et $x(t)=t^2$ partant du même état initial
$x(0)=0$~!

L'étude qualitative des solutions locales du système $(S)$ dépend beaucoup
de la valeur du vecteur $\overrightarrow V(M_0)$ dans l'état initial.
\medskip

{\bf Premier cas~:} $\overrightarrow V(M_0)\not=\overrightarrow 0$. 
Dans ce cas, l'angle entre $\overrightarrow V(M)$ et $\overrightarrow
V(M_0)$ tend vers 0 quand $M$ tend vers 0. Par conséquent, les
tangentes aux lignes intégrables sont sensiblement parallèles les
unes aux autres dans un petit voisinage de $M_0$. Un tel point $M_0$
est dit régulier~:

\InsertFig -25.000 101.000 {
gsave 
1 mm unit
 50.000  50.000 moveto
130.000  90.000 rectangle  clip  newpath 
 85.000  70.000 moveto 
[  85.000  70.000    82.876  69.362    80.763  68.724    78.674  68.086   
 76.619  67.449    74.608  66.811    72.653  66.173    70.763  65.535   
 68.947  64.897    67.212  64.259    65.567  63.621    64.018  62.983   
 62.571  62.346    61.230  61.708    59.998  61.070    58.878  60.432   
 57.873  59.794    56.982  59.156    56.172  58.489    55.366  57.692   
 54.732  56.895    54.293  56.155    54.076  55.661    53.948  55.275   
 53.867  54.949    53.820  54.687    53.789  54.436    53.774  54.227   
 53.768  54.018    53.771  53.809    53.783  53.600    53.804  53.391   
 53.833  53.181    53.871  52.972    53.917  52.763    53.970  52.554   
 54.031  52.345    54.100  52.136    54.176  51.927    54.259  51.718   
 54.348  51.509    54.444  51.300    54.547  51.091    54.655  50.882   
 54.769  50.673    54.889  50.464    55.015  50.255    55.145  50.046   
 55.281  49.837   ] curve stroke
 85.000  70.000 moveto 
[  85.000  70.000    87.124  70.638    89.237  71.276    91.326  71.914   
 93.381  72.551    95.392  73.189    97.347  73.827    99.237  74.465   
101.053  75.103   102.788  75.741   104.433  76.379   105.982  77.017   
107.429  77.654   108.770  78.292   110.002  78.930   111.122  79.568   
112.127  80.206   113.018  80.844   113.828  81.511   114.634  82.308   
115.268  83.105   115.707  83.845   115.924  84.339   116.052  84.725   
116.133  85.051   116.180  85.313   116.211  85.564   116.226  85.773   
116.232  85.982   116.229  86.191   116.217  86.400   116.196  86.609   
116.167  86.819   116.129  87.028   116.083  87.237   116.030  87.446   
115.969  87.655   115.900  87.864   115.824  88.073   115.741  88.282   
115.652  88.491   115.556  88.700   115.453  88.909   115.345  89.118   
115.231  89.327   115.111  89.536   114.985  89.745   114.855  89.954   
114.719  90.163   ] curve stroke 
 85.000  76.000 moveto 
[  85.000  76.000    82.848  75.362    80.654  74.724    78.426  74.086   
 76.178  73.449    73.921  72.811    71.667  72.173    69.429  71.535   
 67.219  70.897    65.243  70.317    63.540  69.807    61.874  69.297   
 60.253  68.786    58.878  68.341    57.654  67.933    56.467  67.524   
 55.319  67.116    54.214  66.708    53.152  66.300    52.136  65.891   
 51.167  65.483    50.248  65.075    49.379  64.667   ] curve stroke 
 85.000  76.000 moveto 
[  85.000  76.000    87.097  76.638    89.131  77.276    91.091  77.914   
 92.969  78.551    94.760  79.189    96.456  79.827    98.052  80.465   
 99.544  81.103   100.929  81.741   102.204  82.379   103.368  83.017   
104.422  83.654   105.365  84.292   106.199  84.930   107.032  85.670   
107.775  86.467   108.364  87.264   108.800  88.047   109.037  88.627   
109.175  89.082   109.262  89.475   109.312  89.802   109.342  90.098   
] curve stroke 
 85.000  82.000 moveto 
[  85.000  82.000    82.821  81.362    80.540  80.724    78.165  80.086   
 75.706  79.449    73.172  78.811    70.574  78.173    67.925  77.535   
 65.776  77.025    63.688  76.533    61.947  76.125    60.202  75.716   
 58.552  75.330    57.159  75.004    55.771  74.677    54.390  74.351   
 53.017  74.024    51.729  73.715    50.647  73.454    49.575  73.193   
] curve stroke 
 85.000  82.000 moveto 
[  85.000  82.000    87.071  82.638    89.028  83.276    90.867  83.914   
 92.584  84.551    94.179  85.189    95.650  85.827    96.997  86.465   
 98.222  87.103    99.326  87.741   100.313  88.379   101.186  89.017   
101.997  89.698   102.795  90.495   ] curve stroke 
 85.000  64.000 moveto 
[  85.000  64.000    82.903  63.362    80.869  62.724    78.909  62.086   
 77.031  61.449    75.240  60.811    73.544  60.173    71.948  59.535   
 70.456  58.897    69.071  58.259    67.796  57.621    66.632  56.983   
 65.578  56.346    64.635  55.708    63.801  55.070    62.968  54.330   
 62.225  53.533    61.636  52.736    61.200  51.953    60.963  51.373   
 60.825  50.918    60.738  50.525    60.688  50.198    60.658  49.902   
 60.645  49.640   ] curve stroke 
 85.000  64.000 moveto 
[  85.000  64.000    87.152  64.638    89.346  65.276    91.574  65.914   
 93.822  66.551    96.079  67.189    98.333  67.827   100.571  68.465   
102.781  69.103   104.757  69.683   106.460  70.193   108.126  70.703   
109.747  71.214   111.122  71.659   112.346  72.067   113.533  72.476   
114.681  72.884   115.786  73.292   116.848  73.700   117.864  74.109   
118.833  74.517   119.752  74.925   120.621  75.333   ] curve stroke 
 85.000  58.000 moveto 
[  85.000  58.000    82.929  57.362    80.972  56.724    79.133  56.086   
 77.416  55.449    75.821  54.811    74.350  54.173    73.003  53.535   
 71.778  52.897    70.674  52.259    69.687  51.621    68.814  50.983   
 68.003  50.302    67.205  49.505   ] curve stroke 
 85.000  58.000 moveto 
[  85.000  58.000    87.179  58.638    89.460  59.276    91.835  59.914   
 94.294  60.551    96.828  61.189    99.426  61.827   102.075  62.465   
104.224  62.975   106.312  63.467   108.053  63.875   109.798  64.284   
111.448  64.670   112.841  64.996   114.229  65.323   115.610  65.649   
116.983  65.976   118.271  66.285   119.353  66.546   120.425  66.807   
] curve stroke 
gsave
 85.000  70.000 translate
-40.000 rotate
[  2.000  1.000 ] 0 setdash
 0.000 0.000  20.000  15.000   0.000 360.000 0 ellipsearc 
stroke
grestore
 50.000  50.000 moveto 
140.000 110.000 rectangle  clip  newpath 
  0.340 setlinewidth
 85.000  70.000 moveto 0.700 disk 
 85.000  70.000 moveto  31.181  15.819 1.8 vector 
 95.000  67.000 moveto   0.700 disk 
 95.000  67.000 moveto  30.923  14.036 1.8 vector 
 97.000  61.000 moveto   0.700 disk 
 97.000  61.000 moveto  31.048  14.931 1.8 vector
grestore
}
\LabelTeX   95.500  57.000 $M$\ELTX
\LabelTeX   79.000  71.200 $M_0$\ELTX
\LabelTeX  127.800  67.500 $\overrightarrow{V}(M)$\ELTX
\LabelTeX  116.000  77.500 $\overrightarrow{V}(M_0)$\ELTX
\EndFig
\vskip-42mm

On peut démontrer dans cette situation qu'il existe localement 
un changement de coordonnées $(x_i)\mapsto (X_i)$ dans l'espace des 
phases $\Omega$, qui ramène 
le système $(S)$ à celui défini par un champ constant~: les
trajectoires sont donc simplement des droites parallèles parcourues 
à vitesse uniforme (mais seulement dans les nouvelles coordonnées, pas
dans les anciennes).  L'étude locale est donc en fait extrêmement simple 
dans ce cas.

{\bf Deuxième cas~:} $\overrightarrow V(M_0)=\overrightarrow 0$. On voit
alors facilement sur des exemples qu'il y a plusieurs configurations 
géométriques possibles pour le champ des tangentes, ceci déjà en 
dimension $2$~:

\InsertFig 5.000 44.000 {
1 mm unit
  0.113 setlinewidth
 20.000  20.000 moveto 
  0.700 disk 
 20.000  22.000 moveto 
  4.000  90.000 1.8 vector 
 20.000  28.000 moveto 
  8.000  90.000 1.8 vector 
 22.000  20.000 moveto 
  4.000   0.000 1.8 vector 
 28.000  20.000 moveto 
  8.000   0.000 1.8 vector 
 20.000  18.000 moveto 
  4.000 -90.000 1.8 vector 
 20.000  12.000 moveto 
  8.000 -90.000 1.8 vector 
 18.000  20.000 moveto 
  4.000 180.000 1.8 vector 
 12.000  20.000 moveto 
  8.000 180.000 1.8 vector 
 21.414  21.414 moveto 
  4.001  45.000 1.8 vector 
 25.567  25.567 moveto 
  8.127  45.000 1.8 vector 
 21.414  18.586 moveto 
  4.001 -45.000 1.8 vector 
 25.657  14.343 moveto 
  8.000 -45.000 1.8 vector 
 18.586  21.414 moveto 
  4.001 135.000 1.8 vector 
 14.343  25.657 moveto 
  7.999 134.995 1.8 vector 
 18.586  18.586 moveto 
  4.001 225.000 1.8 vector 
 14.343  14.343 moveto 
  8.000 225.000 1.8 vector 
 62.000  20.000 moveto 
  0.700 disk 
 64.000  20.000 moveto 
  4.000   0.000 1.8 vector 
 70.000  20.000 moveto 
  8.000   0.000 1.8 vector 
 60.000  20.000 moveto 
  4.000 180.000 1.8 vector 
 54.000  20.000 moveto 
  8.000 180.000 1.8 vector 
 62.000  14.000 moveto 
  4.000  90.000 1.8 vector 
 62.000   4.000 moveto 
  8.000  90.000 1.8 vector 
 62.000  26.000 moveto 
  4.000 -90.000 1.8 vector 
 62.000  36.000 moveto 
  8.000 -90.000 1.8 vector 
 69.000  34.000 moveto 
 11.314 -45.000 1.8 vector 
 69.000   6.000 moveto 
 11.314  45.000 1.8 vector 
 55.000   6.000 moveto 
 11.314 135.000 1.8 vector 
 55.000  34.000 moveto 
 11.314 225.000 1.8 vector 
 65.000  25.000 moveto 
  2.828 -45.000 1.8 vector 
 65.000  15.000 moveto 
  2.828  45.000 1.8 vector 
 59.000  25.000 moveto 
  2.828 225.000 1.8 vector 
 59.000  15.000 moveto 
  2.828 135.000 1.8 vector 
104.000  20.000 moveto 
  0.700 disk
 -10.278 rotmem
-104.000  -20.000 translate
112.000  20.000 moveto 
  4.000 100.278 1.8 vector 
109.657  25.657 moveto 
  3.000 145.278 1.8 vector 
104.000  28.000 moveto 
  3.000 190.278 1.8 vector 
 98.343  25.657 moveto 
  3.000 235.278 1.8 vector 
 96.000  20.000 moveto 
  3.000 280.278 1.8 vector 
 98.343  14.343 moveto 
  3.000 325.278 1.8 vector 
104.000  12.000 moveto 
  3.000  10.278 1.8 vector 
109.657  14.343 moveto 
  3.000  55.278 1.8 vector 
120.000  20.000 moveto 
  6.000 100.278 1.8 vector 
115.314  31.314 moveto 
  6.000 145.278 1.8 vector 
104.000  36.000 moveto 
  6.000 190.278 1.8 vector 
 92.686  31.314 moveto 
  6.000 235.278 1.8 vector 
 88.000  20.000 moveto 
  6.000 280.278 1.8 vector 
 92.686   8.686 moveto 
  6.000 325.278 1.8 vector 
104.000   4.000 moveto 
  6.000  10.278 1.8 vector 
115.314   8.686 moveto 
  6.000  55.278 1.8 vector}
\EndFig
\vskip-5mm

$$
\overrightarrow V\pmatrix{x\cr y\cr}=
\pmatrix{x\cr y\cr}\qquad\qquad
\overrightarrow V\pmatrix{x\cr y\cr}=\pmatrix{x\cr-y\cr}\qquad\qquad
\overrightarrow V\pmatrix{x\cr y\cr}=\pmatrix{-y\cr x\cr} 
$$
Si $\overrightarrow V(M_0)=\overrightarrow 0$, on dit que $M_0$ est
un {\it point singulier} du champ de vecteurs. Un tel point donne 
évidemment une solution constante $M(t)=M_0$ de $(S)$, ce qui correspond
physiquement à un «\?état d'équilibre\?». Cependant, il y a toujours 
de petites imprécisions dans la description d'un système physique, on est
donc amené à se demander ce qui se passe pour des états évoluant à partir 
d'un état initial très proche de~$M_0$.

On va étudier ici assez précisément ce qui  se passe en dimension~$2$.

Après translation éventuelle des coordonnées, on peut supposer
$M_0=(0,0)$. On a alors par hypothèse $V_1(0,0)=V_2(0,0)=0$, de sorte 
que le système différentiel peut se récrire
$$
\left\{\eqalign{
\dfrac{dx}{dt}&=V_1(x,y)=ax+by+o(|x|+|y|)\hfill\cr
\noalign{\vskip3pt}
\dfrac{dy}{dt}&=V_2(x,y)=cx+dy+o(|x|+|y|).\hfill\cr}
\right.
$$
(en notant les coordonnées $(x,y)$ plutôt que $(x_1,x_2)$). Si on introduit
la matrice
$$
A=\pmatrix{
a&b\cr
\noalign{\vskip3pt}
c&d\cr
}=\pmatrix{
\partial V_1/\partial x(0,0)&\partial V_1/\partial y(0,0)\cr
\noalign{\vskip3pt}
\partial V_2/\partial x(0,0)&\partial V_2/\partial y(0,0)\cr
}.
$$
le système différentiel $(S)$ peut être approximé près de $(0,0)$ par
le système {\it linéaire}
$$
\frac{dM}{dt}=AM\leqno(S_1)
$$
on dit que $(S_1)$ est une {\it approximation linéaire} de $(S)$. En général,
si le point singulier est {\it non dégénéré}, c'est-à-dire si
$\det A\ne 0$, les solutions de $(S_1)$ constituent une bonne approximation des
solutions de $(S)$ au voisinage de $(0,0)$ -- du moins si la matrice $A$ n'est
pas trop particulière.

Le gros avantage est qu'on connaît explicitement les solutions d'un
tel système linéaire -- quelle que soit la dimension d'ailleurs --
elles sonts données par $M(t)=e^{tA}M_0$ où $e^{tA}$ est
l'exponentielle matricielle.

Lorsque la matrice $A$ est diagonalisable avec toutes ses valeurs propres
réelles ou complexes, disons
$$
A=\pmatrix{
\lambda_1& 0&\ldots & 0\cr
0&\lambda_2&\ldots & 0\cr
\vdots&&&\vdots\cr
0&\ldots & 0&\lambda_n\cr}
$$
dans les nouvelles coordonnées $X_i$, les solutions sont données simplement
par 
$$
X_i(t)=e^{\lambda_i t}X_{i,0}.
$$
Le comportement dépend alors de manière
cruciale du signe de la partie réelle de ces valeurs propres~: 
si $\Re\lambda_i<0$, la coordonnée
$X_i$ va converger  vers «\?l'état d'équilibre\?» $X_i=0$, tandis que
si $\Re\lambda_i>0$, toute petit écart initial $X_{i,0}$ par rapport
à la postion d'équilibre $X_i=0$ finira par entraîner une très grande
déviation (le cas $\Re \lambda_i=0$ est indéterminé, comme on le verra
plus loin).

La stabilité est donc essentiellement liée au signe des valeurs propres
du système linéarisé près d'un point critique. On peut démontrer
le théorème important suivant~:
\medskip

{\bf Théorème.} {\it Pour qu'un système différentiel $(S):
\overrightarrow{dM}/dt=\overrightarrow{V}(M)$
possède un état d'équi\-libre stable $M_0$ $($en  un point singulier
$M_0$ tel que $\overrightarrow{V}(M_0)=\overrightarrow{0})$, il suffit
que la matrice $A=\big(\partial V_i/\partial x_j(M_0)\big)$ associée
au système linéarisé ait toutes ses valeurs propres complexes
$\lambda_i$ de partie réelle $\Re\lambda_i$ strictement négative.}
\medskip

{\bf Cas d'un champ linéaire de vecteurs en dimension $2$}

Pour fixer les idées nous allons donner la représentation graphique
des solutions de tous les systèmes linéaires non dégénérés de dimension $2$,
donc des systèmes du type
$$
\dfrac{dM}{dt}=AM,\qquad
\left\{
\eqalign{
\dfrac{dx}{dt}&=ax+by\cr
\noalign{\vskip1pt}
\dfrac{dy}{dt}&=cx+dy\cr
}\right.
\quad\hbox{\rm où}\quad A=\pmatrix{a&b\cr c&d\cr},~~
\det(A)=ad-bc\ne 0.
\leqno(S)
$$
La discussion dépend de manière essentielle de ce que sont les valeurs
propres $\lambda_1$, $\lambda_2$.
\medskip

{\bf (a) Les valeurs propres $\lambda_1,\lambda_2$ de $A$ 
sont réelles.}
\medskip
\noindent$\bullet$ Supposons de plus $\lambda_1\not=\lambda_2$. Dans ce cas la
matrice $A$ est diagonalisable. Après changement de base on peut supposer
$$
A=\pmatrix{
\lambda_1&0\cr
\noalign{\vskip3pt}
0&\lambda_2\cr
}
$$
et le système se réduit à
$$
\left\{
\eqalign{
\dfrac{dx}{dt}&=\lambda_1 x\cr
\noalign{\vskip3pt}
\dfrac{dy}{dt}&=\lambda_2 y\cr
}\right.\qquad
\hbox{de solution}\qquad
\cases{
x(t)=x_0e^{\lambda_1t}\hfill\cr
\noalign{\vskip3pt}
y(t)=y_0e^{\lambda_2t},\hfill\cr
}
$$
de sorte que les courbes intégrales sont les courbes
$$
y=C|x|^{\lambda_2/\lambda_1},\quad C\in\bR
$$
et la droite d'équation $x=0$. Distinguons deux sous-cas~:

\medskip $\ast$ $\lambda_1,\lambda_2$ de même signe et, disons,
$|\lambda_1|<|\lambda_2|$.  On a alors $\lambda_2/\lambda_1>1$. On
dit qu'on a affaire à un {\it nœud impropre}~:
\vskip8mm

\vbox{
\InsertFig -39.000 44.000 {
gsave
1 mm unit
gsave 
 40.000  50.000 moveto 
 95.000  95.000 rectangle  clip  newpath 
 67.000  72.000 moveto  0.700 disk
 44.639  95.280 moveto 
[  44.639  95.280    44.893  94.735    45.149  94.194    45.407  93.654   
 45.669  93.118    45.933  92.584    46.200  92.053    46.470  91.526   
 46.743  91.001    47.019  90.479    47.298  89.960    47.580  89.444   
 47.865  88.932    48.154  88.423    48.446  87.917    48.741  87.415   
 49.040  86.917    49.343  86.422    49.649  85.931    49.959  85.443   
 50.273  84.960    50.591  84.481    50.913  84.005    51.239  83.535   
 51.570  83.068    51.905  82.606    52.244  82.149    52.589  81.697   
 52.938  81.250    53.293  80.807    53.653  80.371    54.018  79.939   
 54.389  79.514    54.765  79.094    55.148  78.681    55.537  78.274   
 55.933  77.874    56.335  77.480    56.745  77.094    57.162  76.716   
 57.587  76.345    58.020  75.983    58.462  75.630    58.913  75.287   
 59.374  74.953    59.844  74.629    60.326  74.317    60.820  74.017   
 61.326  73.730    61.845  73.456    62.379  73.198    62.929  72.956   
 63.497  72.733    64.084  72.531    64.694  72.352    65.330  72.201   
 65.997  72.083    66.704  72.010    67.474  72.022    68.223  72.108   
 68.924  72.231    69.595  72.379    70.242  72.548    70.871  72.734   
 71.483  72.934    72.081  73.146    72.668  73.370    73.244  73.604   
 73.809  73.847    74.367  74.098    74.916  74.357    75.457  74.623   
 75.992  74.895    76.520  75.173    77.042  75.457    77.559  75.747   
 78.070  76.041    78.577  76.340    79.078  76.644    79.576  76.952   
 80.069  77.264    80.557  77.580    81.042  77.899    81.524  78.222   
 82.001  78.549    82.476  78.879    82.947  79.212    83.415  79.548   
 83.880  79.886    84.342  80.228    84.801  80.573    85.258  80.920   
 85.712  81.269    86.163  81.621    86.612  81.975    87.058  82.332   
 87.503  82.691    87.945  83.052    88.385  83.415    88.822  83.780   
 89.258  84.148    89.692  84.517    90.124  84.888    90.553  85.260   
 90.982  85.635    91.408  86.011    91.832  86.390    92.255  86.769   
 92.676  87.151    93.096  87.534    93.514  87.918    93.930  88.304   
 94.345  88.692    94.758  89.081    95.170  89.471    95.581  89.863   
] curve stroke 
 39.589  82.357 moveto 
[  39.589  82.357    40.064  82.033    40.541  81.712    41.022  81.394   
 41.505  81.079    41.992  80.768    42.482  80.459    42.975  80.154   
 43.471  79.852    43.971  79.554    44.474  79.259    44.981  78.968   
 45.492  78.680    46.006  78.396    46.523  78.115    47.045  77.839   
 47.570  77.566    48.100  77.298    48.634  77.034    49.171  76.774   
 49.714  76.518    50.260  76.267    50.811  76.020    51.367  75.778   
 51.928  75.541    52.493  75.309    53.064  75.082    53.640  74.861   
 54.221  74.645    54.808  74.434    55.401  74.230    56.000  74.032   
 56.605  73.840    57.216  73.654    57.834  73.475    58.460  73.304   
 59.092  73.140    59.733  72.984    60.381  72.836    61.039  72.697   
 61.705  72.568    62.381  72.448    63.068  72.339    63.766  72.242   
 64.476  72.158    65.200  72.089    65.940  72.036    66.700  72.004   
 67.487  72.009    68.265  72.047    69.020  72.103    69.759  72.174   
 70.484  72.258    71.197  72.353    71.899  72.457    72.593  72.570   
 73.277  72.691    73.954  72.820    74.624  72.956    75.287  73.098   
 75.944  73.246    76.594  73.400    77.240  73.559    77.879  73.724   
 78.514  73.893    79.144  74.067    79.769  74.246    80.390  74.429   
 81.007  74.616    81.619  74.807    82.228  75.001    82.833  75.200   
 83.434  75.401    84.032  75.607    84.626  75.815    85.218  76.027   
 85.806  76.242    86.391  76.460    86.973  76.680    87.552  76.904   
 88.128  77.130    88.702  77.359    89.273  77.591    89.841  77.825   
 90.407  78.062    90.970  78.301    91.531  78.542    92.090  78.785   
 92.646  79.031    93.200  79.279    93.752  79.530    94.302  79.782   
 94.850  80.036    95.396  80.292   ] curve stroke 
 39.966  64.342 moveto 
[  39.966  64.342    40.514  64.591    41.064  64.839    41.616  65.085   
 42.170  65.328    42.727  65.570    43.286  65.808    43.847  66.045   
 44.410  66.279    44.976  66.510    45.545  66.740    46.116  66.966   
 46.689  67.190    47.266  67.411    47.845  67.629    48.427  67.844   
 49.012  68.056    49.600  68.265    50.192  68.471    50.786  68.673   
 51.384  68.872    51.985  69.067    52.590  69.259    53.199  69.447   
 53.811  69.631    54.428  69.811    55.049  69.986    55.674  70.157   
 56.303  70.324    56.938  70.485    57.577  70.641    58.222  70.792   
 58.872  70.937    59.528  71.076    60.191  71.208    60.860  71.334   
 61.536  71.452    62.220  71.561    62.912  71.663    63.613  71.754   
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 67.305  71.996    68.083  71.963    68.836  71.908    69.571  71.837   
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] curve stroke 
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] curve stroke 
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 69.064  72.705    69.587  73.011    70.085  73.337    70.564  73.678   
 71.027  74.033    71.477  74.398    71.917  74.772    72.346  75.155   
 72.768  75.546    73.182  75.943    73.589  76.346    73.989  76.755   
 74.385  77.168    74.775  77.587    75.160  78.009    75.541  78.436   
 75.917  78.866    76.290  79.300    76.659  79.738    77.025  80.178   
 77.388  80.622    77.748  81.068    78.104  81.517    78.458  81.968   
 78.810  82.422    79.158  82.878    79.505  83.336    79.849  83.797   
 80.191  84.259    80.531  84.724    80.869  85.190    81.206  85.658   
 81.540  86.128    81.872  86.599    82.203  87.072    82.532  87.547   
 82.860  88.023    83.186  88.501    83.510  88.980    83.833  89.460   
 84.155  89.942    84.475  90.425    84.794  90.909    85.112  91.395   
 85.428  91.881    85.744  92.369    86.058  92.858    86.370  93.348   
 86.682  93.839    86.993  94.331    87.303  94.824    87.611  95.319   
] curve stroke 
 47.189  49.957 moveto 
[  47.189  49.957    47.498  50.445    47.808  50.932    48.120  51.418   
 48.432  51.903    48.745  52.386    49.060  52.869    49.376  53.350   
 49.693  53.829    50.011  54.308    50.331  54.785    50.652  55.260   
 50.974  55.734    51.298  56.207    51.624  56.678    51.950  57.148   
 52.279  57.615    52.609  58.081    52.940  58.546    53.274  59.008   
 53.609  59.469    53.946  59.927    54.285  60.384    54.626  60.838   
 54.969  61.290    55.315  61.739    55.663  62.187    56.013  62.631   
 56.365  63.073    56.721  63.512    57.079  63.948    57.440  64.381   
 57.804  64.810    58.172  65.236    58.543  65.658    58.917  66.076   
 59.296  66.490    59.679  66.899    60.066  67.303    60.459  67.701   
 60.856  68.094    61.260  68.480    61.670  68.859    62.087  69.231   
 62.511  69.593    62.945  69.945    63.388  70.286    63.843  70.613   
 64.312  70.925    64.796  71.217    65.300  71.484    65.830  71.719   
 66.395  71.905    67.012  72.000    67.760  71.836    68.325  71.557   
 68.813  71.216    69.251  70.829    69.650  70.408    70.018  69.958   
 70.360  69.485    70.680  68.991    70.981  68.480    71.265  67.953   
 71.534  67.411    71.789  66.857    72.033  66.291    72.265  65.715   
 72.486  65.128    72.698  64.533    72.901  63.929    73.096  63.317   
 73.283  62.697    73.463  62.071    73.636  61.437    73.803  60.798   
 73.963  60.153    74.118  59.502    74.267  58.846    74.410  58.184   
 74.549  57.518    74.683  56.847    74.812  56.172    74.937  55.492   
 75.057  54.809    75.174  54.121    75.286  53.429    75.395  52.734   
 75.500  52.035    75.602  51.333    75.700  50.628    75.795  49.919   
 75.886  49.207   ] curve stroke 
 40.000  72.000 moveto 
 95.000  72.000 lineto 
stroke 
 61.500  50.000 moveto 
 72.500  95.000 lineto 
stroke 
 69.800  84.000 moveto 
  0.000 255.000 1.8 vector 
 60.100  83.500 moveto 
  0.000 285.000 1.8 vector 
 53.500  80.400 moveto 
  0.000 315.000 1.8 vector 
 49.000  76.800 moveto 
  0.000 340.000 1.8 vector 
 47.000  72.000 moveto 
  0.000   0.000 1.8 vector 
 48.500  67.800 moveto 
  0.000  20.000 1.8 vector 
 51.000  64.600 moveto 
  0.000  40.000 1.8 vector 
 55.600  62.000 moveto 
  0.000  55.000 1.8 vector 
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  0.000  75.000 1.8 vector 
 74.000  60.100 moveto 
  0.000 102.000 1.8 vector 
 80.800  63.100 moveto 
  0.000 130.000 1.8 vector 
 85.300  67.000 moveto 
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 87.000  72.000 moveto 
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 85.800  76.200 moveto 
  0.000 202.000 1.8 vector 
 82.800  79.100 moveto 
  0.000 217.000 1.8 vector 
 78.400  82.000 moveto 
  0.000 238.000 1.8 vector 
grestore
grestore
}
\LabelTeX   92.500  68.500 $x$\ELTX
\LabelTeX   69.000  92.500 $y$\ELTX
\LabelTeX   162.500  68.500 $x$\ELTX
\LabelTeX   139.000  92.500 $y$\ELTX
\LabelTeX    47.000  36.000
$\matrix{
0<\lambda_1<\lambda_2\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{nœud impropre instable}
}\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad
\matrix{
\lambda_2<\lambda_1<0\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{nœud impropre stable}
}$\ELTX
\EndFig
\vskip-23mm}

$\ast$ $\lambda_1,\lambda_2$ de signes opposés, par exemple
$\lambda_1<0<\lambda_2$. Il s'agit d'un {\it col} (toujours instable)~:
\vbox{
\InsertFig -18.000 100.000 {
1 mm unit
gsave 
 50.000  50.000 moveto 
110.000  94.000 rectangle  clip  newpath 
 80.000  72.000 moveto
  0.700 disk
 50.251  73.004 moveto 
[  50.251  73.004    51.009  73.048    51.764  73.095    52.516  73.145   
 53.265  73.198    54.010  73.255    54.752  73.317    55.490  73.382   
 56.223  73.452    56.951  73.528    57.674  73.609    58.391  73.696   
 59.102  73.790    59.806  73.892    60.503  74.001    61.192  74.118   
 61.873  74.244    62.544  74.381    63.206  74.528    63.857  74.686   
 64.497  74.856    65.125  75.040    65.740  75.236    66.342  75.447   
 66.930  75.673    67.504  75.914    68.063  76.171    68.606  76.444   
 69.135  76.733    69.647  77.040    70.144  77.362    70.625  77.701   
 71.091  78.056    71.542  78.427    71.978  78.813    72.399  79.213   
 72.807  79.628    73.202  80.056    73.584  80.497    73.954  80.950   
 74.312  81.414    74.660  81.888    74.998  82.373    75.327  82.867   
 75.646  83.369    75.958  83.880    76.261  84.398    76.557  84.923   
 76.847  85.455    77.129  85.992    77.406  86.536    77.678  87.084   
 77.944  87.638    78.205  88.195    78.462  88.757    78.714  89.324   
 78.962  89.893    79.207  90.466    79.448  91.043    79.685  91.622   
 79.920  92.204    80.152  92.789    80.380  93.376    80.606  93.965   
 80.830  94.557   ] curve stroke 
 90.402  94.181 moveto 
[  90.402  94.181    90.320  93.485    90.243  92.786    90.170  92.083   
 90.103  91.375    90.042  90.663    89.988  89.945    89.942  89.221   
 89.905  88.490    89.878  87.751    89.863  87.002    89.863  86.242   
 89.880  85.484    89.915  84.744    89.969  84.024    90.044  83.324   
 90.141  82.647    90.262  81.993    90.407  81.363    90.579  80.759   
 90.778  80.182    91.005  79.632    91.261  79.111    91.547  78.619   
 91.863  78.155    92.209  77.720    92.584  77.314    92.989  76.936   
 93.423  76.585    93.883  76.261    94.370  75.961    94.882  75.685   
 95.417  75.431    95.974  75.198    96.551  74.984    97.147  74.788   
 97.760  74.608    98.388  74.443    99.031  74.292    99.687  74.153   
100.355  74.026   101.034  73.909   101.722  73.801   102.419  73.702   
103.125  73.610   103.837  73.525   104.556  73.447   105.281  73.374   
106.012  73.307   106.748  73.245   107.488  73.186   108.232  73.132   
108.980  73.082   109.732  73.035   110.251  73.004   ] curve stroke 
 49.749  70.996 moveto 
[  49.749  70.996    50.505  70.951    51.258  70.903    52.007  70.851   
 52.753  70.795    53.495  70.735    54.233  70.671    54.965  70.602   
 55.693  70.527    56.414  70.446    57.129  70.358    57.837  70.263   
 58.538  70.160    59.229  70.047    59.911  69.925    60.582  69.791   
 61.242  69.645    61.889  69.486    62.521  69.312    63.138  69.121   
 63.738  68.912    64.318  68.683    64.878  68.433    65.416  68.159   
 65.930  67.859    66.417  67.533    66.878  67.177    67.309  66.791   
 67.710  66.373    68.079  65.923    68.417  65.439    68.722  64.921   
 68.994  64.370    69.235  63.785    69.444  63.168    69.622  62.520   
 69.771  61.842    69.893  61.136    69.988  60.404    70.059  59.646   
 70.106  58.866    70.132  58.065    70.138  57.243    70.126  56.411   
 70.099  55.598    70.059  54.801    70.009  54.017    69.951  53.244   
 69.884  52.481    69.811  51.726    69.732  50.979    69.648  50.238   
 69.559  49.503   ] curve stroke 
 79.342  49.899 moveto 
[  79.342  49.899    79.559  50.468    79.779  51.033    80.000  51.596   
 80.225  52.156    80.452  52.714    80.681  53.268    80.914  53.819   
 81.150  54.366    81.389  54.910    81.632  55.450    81.879  55.985   
 82.130  56.517    82.385  57.043    82.644  57.565    82.909  58.082   
 83.179  58.593    83.454  59.098    83.736  59.596    84.024  60.089   
 84.318  60.574    84.620  61.051    84.930  61.521    85.248  61.982   
 85.574  62.435    85.910  62.877    86.256  63.310    86.613  63.733   
 86.980  64.144    87.359  64.544    87.750  64.932    88.154  65.307   
 88.572  65.669    89.003  66.018    89.449  66.353    89.909  66.674   
 90.384  66.980    90.875  67.272    91.380  67.549    91.901  67.812   
 92.438  68.060    92.989  68.295    93.555  68.515    94.135  68.722   
 94.729  68.915    95.337  69.097    95.957  69.266    96.590  69.424   
 97.234  69.571    97.889  69.708    98.554  69.836    99.228  69.955   
 99.911  70.065   100.603  70.168   101.302  70.264   102.008  70.353   
102.721  70.436   103.440  70.513   104.164  70.585   104.893  70.653   
105.627  70.715   106.366  70.774   107.109  70.829   107.855  70.880   
108.604  70.929   109.357  70.974   109.749  70.996   ] curve stroke 
 50.040  76.712 moveto 
[  50.040  76.712    50.686  76.871    51.325  77.038    51.957  77.211   
 52.583  77.391    53.202  77.579    53.814  77.773    54.418  77.975   
 55.016  78.186    55.605  78.403    56.187  78.629    56.760  78.864   
 57.326  79.106    57.883  79.358    58.432  79.617    58.973  79.886   
 59.505  80.163    60.028  80.449    60.543  80.744    61.050  81.048   
 61.548  81.361    62.037  81.682    62.517  82.012    62.990  82.351   
 63.453  82.699    63.909  83.054    64.356  83.419    64.795  83.791   
 65.227  84.172    65.650  84.560    66.066  84.957    66.474  85.361   
 66.875  85.772    67.269  86.190    67.656  86.616    68.036  87.048   
 68.409  87.487    68.776  87.932    69.137  88.384    69.492  88.842   
 69.841  89.305    70.184  89.774    70.522  90.248    70.855  90.728   
 71.182  91.213    71.504  91.702    71.822  92.196    72.135  92.695   
 72.444  93.198    72.749  93.706    73.049  94.217    73.345  94.732   
] curve stroke 
 98.059  94.222 moveto 
[  98.059  94.222    98.124  93.501    98.201  92.792    98.290  92.095   
 98.392  91.411    98.507  90.741    98.636  90.084    98.779  89.441   
 98.937  88.812    99.109  88.199    99.297  87.600    99.500  87.017   
 99.719  86.449    99.954  85.897   100.206  85.361   100.474  84.842   
100.759  84.339   101.060  83.852   101.379  83.382   101.714  82.929   
102.066  82.491   102.435  82.071   102.820  81.666   103.222  81.277   
103.639  80.904   104.073  80.546   104.522  80.204   104.986  79.875   
105.464  79.562   105.957  79.262   106.464  78.976   106.984  78.702   
107.516  78.441   108.062  78.192   108.619  77.955   109.187  77.729   
109.767  77.513   110.357  77.308   ] curve stroke 
 50.036  66.557 moveto 
[  50.036  66.557    50.626  66.342    51.205  66.117    51.774  65.879   
 52.331  65.630    52.875  65.369    53.407  65.094    53.926  64.806   
 54.431  64.504    54.922  64.187    55.398  63.855    55.859  63.508   
 56.304  63.144    56.734  62.764    57.147  62.367    57.543  61.953   
 57.922  61.522    58.284  61.073    58.629  60.606    58.956  60.122   
 59.266  59.619    59.558  59.099    59.832  58.560    60.090  58.004   
 60.329  57.430    60.552  56.839    60.758  56.231    60.948  55.607   
 61.121  54.966    61.279  54.309    61.421  53.636    61.548  52.949   
 61.661  52.247    61.760  51.530    61.845  50.801    61.917  50.058   
 61.977  49.302   ] curve stroke 
 87.019  49.899 moveto 
[  87.019  49.899    87.311  50.395    87.608  50.887    87.908  51.375   
 88.213  51.859    88.522  52.339    88.836  52.814    89.154  53.284   
 89.476  53.749    89.804  54.210    90.137  54.665    90.475  55.115   
 90.819  55.560    91.168  55.999    91.523  56.432    91.884  56.859   
 92.251  57.280    92.625  57.694    93.005  58.102    93.392  58.504   
 93.786  58.898    94.187  59.286    94.595  59.666    95.010  60.039   
 95.433  60.405    95.864  60.763    96.303  61.113    96.749  61.455   
 97.204  61.790    97.667  62.116    98.138  62.434    98.618  62.745   
 99.106  63.047    99.602  63.340   100.107  63.626   100.620  63.903   
101.142  64.172   101.672  64.433   102.211  64.686   102.758  64.930   
103.313  65.167   103.877  65.396   104.448  65.617   105.028  65.830   
105.615  66.036   106.210  66.234   106.812  66.426   107.421  66.610   
108.038  66.788   108.661  66.958   109.291  67.123   109.928  67.281   
110.571  67.433   ] curve stroke 
 80.000  72.000 moveto 
 50.000  72.000 moveto 
110.000  72.000 lineto 
stroke 
 74.500  50.000 moveto 
 85.500  94.000 lineto 
stroke 
 90.000  72.000 moveto 
  0.000 180.000 1.8 vector 
 70.000  72.000 moveto 
  0.000   0.000 1.8 vector 
 82.500  82.000 moveto 
  0.000  76.000 1.8 vector 
 77.500  62.000 moveto 
  0.000 256.000 1.8 vector 
 91.900  78.000 moveto 
  0.000 135.000 1.8 vector 
100.900  84.000 moveto 
  0.000 130.000 1.8 vector 
 65.000  84.000 moveto 
  0.000  45.000 1.8 vector 
 71.000  78.000 moveto 
  0.000  36.000 1.8 vector 
 68.000  66.000 moveto 
  0.000 -45.000 1.8 vector 
 89.000  66.000 moveto 
  0.000 215.000 1.8 vector 
 97.500  62.000 moveto 
  0.000 215.000 1.8 vector 
 57.500  62.000 moveto 
  0.000 -44.000 1.8 vector 
grestore}
\LabelTeX  107.500  68.000 $x$\ELTX
\LabelTeX   82.000  92.000 $y$\ELTX
\EndFig
\vskip-45mm}

\noindent$\bullet$ Les valeurs propres sont confondues~:
$\lambda_1=\lambda_2=\lambda$. Deux cas sont possibles~:

\medskip
$\ast$ $A$ est diagonalisable. Alors $A$ est en fait diagonale et les courbes
intégrales sont données par
$$
\cases{
x(t)=x_0e^{\lambda t}\hfill\cr
\noalign{\vskip3pt}
y(t)=y_0e^{\lambda t},\hfill\cr
}
$$
ce sont les droites $y=\alpha x$ et $x=0$. On dit qu'on a affaire
à un {\it nœud propre}~:

\InsertFig 33.000 28.000 {
1 mm unit
-25.000   0.000 moveto 
 25.000   0.000 lineto 
stroke 
  0.000  22.000 moveto 
  0.000 -22.000 lineto 
stroke 
 17.000  17.000 moveto 
 16.000  16.000 moveto 
-16.000 -16.000 lineto 
stroke 
-16.000  16.000 moveto 
 16.000 -16.000 lineto 
stroke 
  0.000   0.000 moveto 
  0.700 disk 
  0.000  12.000 moveto 
  0.000  90.000 1.8 vector 
 -8.500   8.500 moveto 
  0.000 135.000 1.8 vector 
-12.000   0.000 moveto 
  0.000 180.000 1.8 vector 
 -8.500  -8.500 moveto 
  0.000 225.000 1.8 vector 
  0.000 -12.000 moveto 
  0.000 -90.000 1.8 vector 
  8.500  -8.500 moveto 
  0.000 -45.000 1.8 vector 
 12.000   0.000 moveto 
  0.000   0.000 1.8 vector 
  8.500   8.500 moveto 
  0.000  45.000 1.8 vector 
 70.000   0.000 translate 
-25.000   0.000 moveto 
 25.000   0.000 lineto 
stroke 
  0.000  22.000 moveto 
  0.000 -22.000 lineto 
stroke 
 17.000  17.000 moveto 
 16.000  16.000 moveto 
-16.000 -16.000 lineto 
stroke 
-16.000  16.000 moveto 
 16.000 -16.000 lineto 
stroke 
  0.000   0.000 moveto 
  0.700 disk 
  0.000  12.000 moveto 
  0.000 -90.000 1.8 vector 
 -8.500   8.500 moveto 
  0.000 -45.000 1.8 vector 
-12.000   0.000 moveto 
  0.000   0.000 1.8 vector 
 -8.500  -8.500 moveto 
  0.000  45.000 1.8 vector 
  0.000 -12.000 moveto 
  0.000  90.000 1.8 vector 
  8.500  -8.500 moveto 
  0.000  135.000 1.8 vector 
 12.000   0.000 moveto 
  0.000  180.000 1.8 vector 
  8.500   8.500 moveto 
  0.000  225.000 1.8 vector}
\LabelTeX  23.000  -3.500 $x$\ELTX
\LabelTeX  -3.000  20.600 $y$\ELTX
\LabelTeX  93.000  -3.500 $x$\ELTX
\LabelTeX  67.000  20.600 $y$\ELTX
\EndFig
\vskip20mm

$$
\matrix{
\lambda>0\cr
\noalign{\vskip5pt}
\hbox{Nœud propre instable}\cr
}\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\matrix{
\lambda<0\cr
\noalign{\vskip5pt}
\hbox{Nœud propre stable}\cr
}
$$

$\ast$ $A$ est non diagonalisable. Alors il existe une base dans
laquelle la matrice $A$ et le système s'écrivent
$$
A=\pmatrix{
\lambda&0\cr
1&\lambda\cr
},\qquad\qquad\left\{\eqalign{
\dfrac{dx}{dt}&=\lambda x\cr
\noalign{\vskip3pt}
\dfrac{dy}{dt}&=x+\lambda y.\cr}
\right.
$$
Le courbes intégrales sont données par
$$
\left\{
\eqalign{
x(t)&=x_0e^{\lambda t}\cr
\noalign{\vskip3pt}
y(t)&=(y_0+x_0t)e^{\lambda t}.\cr}
\right.
$$
Comme toute courbe intégrale avec $x_0\not=0$ passe par un point
tel que $|x(t)|=1$, on obtient toutes les courbes intégrales autres
que $x=0$ en prenant $x_0=\pm 1$, d'où
$$
\left\{\eqalign{
t&=\dfrac{1}{\lambda}\ \ln\,|x|\cr
\noalign{\vskip3pt}
y&=y_0|x|+\dfrac{x}{\lambda}\ \ln\,|x|\cr}
\right.
$$
On dit qu'il s'agit d'un {\it nœud exceptionnel}. Pour
construire les courbes, on tracera par exemple d'abord la courbe
$y=\dfrac{x}{\lambda}\ \ln\,|x|$ passant par $(x_0,y_0)=(\pm 1,0)$.
Toutes les autres s'en déduisent par homothéties.

\InsertFig -49.000 102.000 {
1 mm unit
gsave 
 50.000  50.000 moveto 
104.000  94.000 rectangle  clip  newpath 
 50.023  89.282 moveto 
[  50.023  89.282    50.593  89.508    51.167  89.728    51.748  89.941   
 52.334  90.149    52.928  90.349    53.528  90.542    54.135  90.728   
 54.751  90.905    55.375  91.072    56.009  91.230    56.652  91.378   
 57.307  91.513    57.974  91.636    58.654  91.744    59.350  91.837   
 60.062  91.911    60.794  91.965    61.547  91.995    62.326  91.997   
 63.109  91.968    63.861  91.908    64.583  91.819    65.277  91.702   
 65.945  91.558    66.586  91.388    67.202  91.194    67.795  90.975   
 68.364  90.734    68.911  90.470    69.437  90.185    69.942  89.879   
 70.426  89.553    70.891  89.208    71.337  88.843    71.765  88.460   
 72.174  88.058    72.565  87.639    72.939  87.202    73.296  86.749   
 73.637  86.278    73.961  85.791    74.269  85.288    74.561  84.769   
 74.837  84.234    75.098  83.683    75.343  83.116    75.573  82.534   
 75.788  81.936    75.988  81.323    76.172  80.694    76.341  80.049   
 76.494  79.387    76.632  78.709    76.753  78.013    76.858  77.300   
 76.945  76.567    77.014  75.813    77.062  75.036    77.088  74.231   
 77.087  73.388    77.050  72.517    77.020  72.158   ] curve stroke 
 50.016  81.313 moveto 
[  50.016  81.313    50.521  81.605    51.029  81.892    51.540  82.176   
 52.056  82.456    52.575  82.732    53.099  83.004    53.627  83.271   
 54.160  83.533    54.698  83.790    55.241  84.041    55.789  84.286   
 56.343  84.526    56.904  84.758    57.472  84.984    58.047  85.201   
 58.629  85.411    59.220  85.611    59.821  85.801    60.432  85.981   
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 66.665  86.795    67.418  86.732    68.131  86.629    68.807  86.490   
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] curve stroke 
 50.037  74.225 moveto 
[  50.037  74.225    50.494  74.565    50.954  74.902    51.416  75.236   
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 77.031  73.732    77.050  72.888    77.017  72.146   ] curve stroke 
 50.033  65.882 moveto 
[  50.033  65.882    50.443  66.270    50.855  66.655    51.269  67.039   
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 77.015  72.138   ] curve stroke 
 51.431  49.905 moveto 
[  51.431  49.905    51.767  50.367    52.104  50.829    52.441  51.290   
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 76.804  73.344    76.990  72.593    77.009  72.116   ] curve stroke 
 60.095  49.939 moveto 
[  60.095  49.939    60.392  50.441    60.689  50.942    60.987  51.442   
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] curve stroke 
 67.408  49.943 moveto 
[  67.408  49.943    67.639  50.511    67.870  51.078    68.101  51.646   
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 76.980  71.998   ] curve stroke 
 49.992  57.731 moveto 
[  49.992  57.731    50.364  58.157    50.737  58.581    51.112  59.005   
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] curve stroke 
 76.990  71.882 moveto 
[  76.990  71.882    77.012  71.343    77.129  70.763    77.340  70.253   
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 76.995  71.902 moveto 
[  76.995  71.902    77.084  71.442    77.375  71.095    77.937  71.021   
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] curve stroke 
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[  77.010  71.962    77.660  72.650    77.994  73.163    78.308  73.677   
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[  76.987  71.870    76.982  71.305    77.041  70.648    77.160  70.027   
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[  76.985  71.862    76.966  71.284    76.996  70.589    77.071  69.917   
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[  76.983  71.854    76.953  71.265    76.957  70.567    76.997  69.854   
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104.472  70.158   ] curve stroke 
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[  76.980  71.842    76.935  71.241    76.912  70.548    76.911  69.812   
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104.579  54.964   ] curve stroke 
 76.982  71.848 moveto 
[  76.982  71.848    76.944  71.253    76.932  70.557    76.951  69.819   
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[  50.016  81.313    50.521  81.605    51.029  81.892    51.540  82.176   
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[  50.033  65.882    50.443  66.270    50.855  66.655    51.269  67.039   
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 77.015  72.138   ] curve stroke 
 51.431  49.905 moveto 
[  51.431  49.905    51.767  50.367    52.104  50.829    52.441  51.290   
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 76.804  73.344    76.990  72.593    77.009  72.116   ] curve stroke 
 60.095  49.939 moveto 
[  60.095  49.939    60.392  50.441    60.689  50.942    60.987  51.442   
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] curve stroke 
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[  67.408  49.943    67.639  50.511    67.870  51.078    68.101  51.646   
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 76.980  71.998   ] curve stroke 
 49.992  57.731 moveto 
[  49.992  57.731    50.364  58.157    50.737  58.581    51.112  59.005   
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] curve stroke 
 76.990  71.882 moveto 
[  76.990  71.882    77.012  71.343    77.129  70.763    77.340  70.253   
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103.665  94.240   104.005  94.702   ] curve stroke 
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[  76.995  71.902    77.084  71.442    77.375  71.095    77.937  71.021   
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] curve stroke 
 77.010  71.962 moveto 
[  77.010  71.962    77.660  72.650    77.994  73.163    78.308  73.677   
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 86.120  89.220    86.376  89.766    86.631  90.313    86.886  90.859   
 87.140  91.407    87.394  91.954    87.647  92.502    87.901  93.051   
 88.153  93.599    88.406  94.148    88.658  94.698   ] curve stroke 
 76.987  71.870 moveto 
[  76.987  71.870    76.982  71.305    77.041  70.648    77.160  70.027   
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104.333  85.793   ] curve stroke 
 76.985  71.862 moveto 
[  76.985  71.862    76.966  71.284    76.996  70.589    77.071  69.917   
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103.923  78.076   104.334  78.467   ] curve stroke 
 76.983  71.854 moveto 
[  76.983  71.854    76.953  71.265    76.957  70.567    76.997  69.854   
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104.472  70.158   ] curve stroke 
 76.980  71.842 moveto 
[  76.980  71.842    76.935  71.241    76.912  70.548    76.911  69.812   
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104.579  54.964   ] curve stroke 
 76.982  71.848 moveto 
[  76.982  71.848    76.944  71.253    76.932  70.557    76.951  69.819   
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104.088  62.748   104.594  63.046   ] curve stroke 
 76.979  71.836 moveto 
[  76.979  71.836    76.928  71.230    76.893  70.539    76.878  69.810   
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 83.459  50.381    83.855  49.984    84.263  49.600   ] curve stroke 
 69.926  94.225 moveto 
[  69.926  94.225    70.336  93.827    70.733  93.417    71.117  92.993   
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 77.021  72.164   ] curve stroke 
 75.120  94.233 moveto 
[  75.120  94.233    75.280  93.588    75.434  92.936    75.582  92.279   
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 76.654  86.096    76.743  85.377    76.825  84.652    76.901  83.920   
 76.970  83.181    77.032  82.434    77.087  81.680    77.134  80.918   
 77.174  80.148    77.206  79.369    77.229  78.581    77.244  77.783   
 77.249  76.974    77.243  76.152    77.227  75.339    77.199  74.533   
 77.157  73.733    77.100  72.933    77.025  72.178   ] curve stroke 
 76.975  71.822 moveto 
[  76.975  71.822    76.912  71.207    76.859  70.521    76.817  69.806   
 76.786  69.072    76.765  68.323    76.753  67.561    76.751  66.788   
 76.759  66.009    76.775  65.238    76.800  64.474    76.832  63.717   
 76.873  62.967    76.920  62.224    76.975  61.487    77.036  60.757   
 77.104  60.032    77.179  59.315    77.259  58.603    77.347  57.897   
 77.440  57.197    77.540  56.503    77.645  55.815    77.756  55.133   
 77.873  54.456    77.996  53.785    78.125  53.119    78.259  52.459   
 78.399  51.805    78.545  51.156    78.696  50.512    78.853  49.874   
] curve stroke 
 77.000  72.000 moveto 
  0.700 disk 
 71.500  50.000 moveto 
 82.000  94.000 lineto 
stroke 
 80.800  89.000 moveto 
  0.000 256.000 1.8 vector 
 73.900  89.000 moveto 
  0.000 -60.000 1.8 vector 
 66.600  86.800 moveto 
  0.000   5.000 1.8 vector 
 61.600  81.200 moveto 
  0.000  23.000 1.8 vector 
 59.100  73.700 moveto 
  0.000  36.000 1.8 vector 
 59.600  67.800 moveto 
  0.000  45.000 1.8 vector 
 61.500  62.800 moveto 
  0.000  50.000 1.8 vector 
 65.200  58.200 moveto 
  0.000  59.000 1.8 vector 
 72.500  54.200 moveto 
  0.000  76.000 1.8 vector 
 80.400  54.600 moveto 
  0.000 121.000 1.8 vector 
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  0.000 185.000 1.8 vector 
 92.200  62.600 moveto 
  0.000 205.000 1.8 vector 
 95.200  70.500 moveto 
  0.000 218.000 1.8 vector 
 94.400  75.500 moveto 
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 92.600  80.200 moveto 
  0.000 228.000 1.8 vector 
 89.900  84.700 moveto 
  0.000 236.000 1.8 vector 
 85.500  87.700 moveto 
  0.000 246.000 1.8 vector 
[   2.000   1.000 ] 0 setdash 
104.000  72.000 moveto 
 50.000  72.000 lineto 
stroke
[ ] 0 setdash
grestore}
\LabelTeX  101.000  69.500 $x$\ELTX
\LabelTeX   79.000  92.000 $y$\ELTX
\LabelTeX  171.000  69.500 $x$\ELTX
\LabelTeX  148.800  92.000 $y$\ELTX
\EndFig
\vskip-50mm

$$
\matrix{
\lambda>0\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{Nœud exceptionnel instable}\cr
}\qquad\qquad\qquad\qquad\matrix{
\lambda<0\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{Nœud exceptionnel stable}\cr
}
$$

{\bf (b) Les valeurs propres de $A$ sont non réelles.}
\medskip

On a des valeurs propres complexes conjuguées $\alpha+i\beta$,
$\alpha-i\beta$ avec disons $\beta>0$, et il existe une base dans
laquelle la matrice $A$ et le système s'écrivent
$$
A=\pmatrix{
\alpha&-\beta\cr
\noalign{\vskip3pt}
\beta&\alpha\cr
},\qquad\left\{\eqalign{
\dfrac{dx}{dt}&=\alpha x-\beta y\hfill\cr
\noalign{\vskip3pt}
\dfrac{dy}{dt}&=\beta x+\alpha y.\hfill\cr}
\right.
$$
La manière la plus rapide de résoudre un tel système est de
poser $z=x+iy$. On trouve alors
$$
\frac{dz}{dt}=(\alpha+i\beta)x+(-\beta+\alpha
i)y=(\alpha+i\beta)(x+iy)=(\alpha+i\beta)z,
$$
de sorte que la solution générale est
$$
z(t)=z_0e^{(\alpha+i\beta)t}=z_0e^{\alpha t}e^{i\beta t}.
$$
En coordonnées polaires $z=re^{i\theta}$, l'équation devient
$$
\cases{
r=r_0e^{\alpha t}\hfill\cr
\noalign{\vskip3pt}
\theta=\theta_0+\beta t\hfill\cr
},\quad{\rm soit}\quad r=r_0e^{\frac{\scriptstyle\alpha}{\scriptstyle\beta}\,(\theta-\theta_0)}.
$$
Il s'agit d'une spirale logarithmique si $\alpha\not=0$ et d'un
cercle si $\alpha=0$ (noter que ce cercle donne en général
graphiquement une ellipse car la base utilisée ci-dessus n'est pas
nécessairement orthonormée). On dit alors que le point singulier
est un {\it foyer}, respectivement un {\it centre}~:

\InsertFig -42.000 83.000 {
gsave 
1 mm unit
gsave
 50.000  50.000 moveto 
80.000  80.000 rectangle  clip  newpath 
 64.878  64.904 moveto 
[  64.878  64.904    65.231  65.033    64.727  65.091    65.131  64.748   
 65.378  65.182    64.690  65.307    64.413  64.890    65.160  64.517   
 65.750  64.836    65.677  65.379    65.079  65.656    64.364  65.553   
 63.952  65.187    63.971  64.619    64.495  64.204    65.142  64.087   
 65.910  64.261    66.350  64.610    66.526  65.117    66.102  65.861   
 65.551  66.140    64.894  66.249    64.117  66.151    63.546  65.893   
 63.141  65.519    62.924  65.017    63.052  64.319    63.468  63.839   
 63.991  63.533    64.601  63.349    65.299  63.289    66.083  63.390   
 66.695  63.610    67.187  63.920    67.565  64.317    67.808  64.817   
 67.836  65.462    67.549  66.121    67.133  66.560    66.635  66.887   
 66.068  67.126    65.435  67.280    64.729  67.342    63.935  67.287   
 63.255  67.130    62.670  66.898    62.165  66.600    61.740  66.236   
 61.400  65.802    61.166  65.284    61.085  64.650    61.270  63.883   
 61.599  63.347    62.011  62.921    62.485  62.574    63.014  62.293   
 63.593  62.071    64.224  61.911    64.910  61.815    65.658  61.795   
 66.435  61.865    67.122  62.006    67.740  62.205    68.298  62.456   
 68.801  62.755    69.249  63.102    69.637  63.499    69.961  63.954   
 70.205  64.474    70.345  65.079    70.327  65.806    70.125  66.490   
 69.822  67.037    69.452  67.501    69.029  67.900    68.560  68.247   
 68.050  68.546    67.501  68.801    66.914  69.013    66.288  69.182   
 65.621  69.304    64.910  69.375    64.149  69.389    63.367  69.336   
 62.651  69.226    61.989  69.070    61.374  68.873    60.801  68.638   
 60.269  68.367    59.775  68.060    59.322  67.718    58.909  67.338   
 58.541  66.919    58.222  66.456    57.960  65.942    57.768  65.368   
 57.667  64.718    57.697  63.961    57.866  63.264    58.120  62.674   
 58.435  62.157    58.797  61.696    59.200  61.280    59.639  60.905   
 60.110  60.566    60.612  60.260    61.143  59.987    61.702  59.745   
 62.291  59.534    62.908  59.354    63.555  59.208    64.234  59.096   
 64.947  59.021    65.697  58.989    66.490  59.004    67.251  59.066   
 67.967  59.168    68.645  59.306    69.287  59.475    69.897  59.673   
 70.477  59.899    71.028  60.153    71.550  60.432    72.045  60.737   
 72.511  61.069    72.948  61.428    73.355  61.815    73.729  62.231   
 74.069  62.680    74.370  63.164    74.628  63.687    74.835  64.255   
 74.981  64.878    75.048  65.570    75.008  66.352    74.865  67.059   
 74.652  67.683    74.387  68.246    74.078  68.761    73.734  69.235   
 73.358  69.674    72.953  70.082    72.522  70.461    72.066  70.814   
 71.587  71.142    71.086  71.445    70.563  71.726    70.018  71.984   
 69.453  72.219    68.866  72.432    68.258  72.622    67.628  72.789   
 66.975  72.931    66.299  73.048    65.597  73.138    64.869  73.199   
 64.112  73.229    63.322  73.224    62.544  73.183    61.801  73.111   
 61.089  73.010    60.405  72.883    59.746  72.732    59.112  72.559   
 58.500  72.364    57.910  72.149    57.341  71.914    56.793  71.659   
 56.265  71.385    55.758  71.092    55.271  70.780    54.804  70.448   
 54.359  70.096    53.934  69.724    53.533  69.331    53.154  68.916   
 52.801  68.477    52.474  68.014    52.176  67.523    51.910  67.003   
 51.679  66.450    51.488  65.860    51.345  65.227    51.259  64.543   
 51.245  63.794    51.316  63.021    51.456  62.325    51.648  61.689   
 51.882  61.100    52.152  60.550   ] curve stroke 
52.152  60.550 moveto
[  52.152  60.550    52.452  60.034    52.781  59.548    53.134  59.088   
 53.509  58.653    53.906  58.241    54.323  57.849    54.758  57.477   
 55.212  57.124    55.682  56.790    56.169  56.473    56.673  56.173   
 57.192  55.890    57.728  55.623    58.279  55.373    58.845  55.139   
 59.427  54.921    60.026  54.720    60.640  54.536    61.270  54.369   
 61.917  54.219    62.582  54.088    63.264  53.975    63.965  53.882   
 64.686  53.810    65.427  53.760    66.191  53.734    66.979  53.733   
 67.768  53.759    68.530  53.809    69.268  53.882    69.984  53.976   
 70.680  54.089    71.356  54.221    72.014  54.369    72.655  54.535   
 73.279  54.716    73.886  54.913    74.478  55.125    75.055  55.351   
 75.617  55.592    76.164  55.847    76.696  56.116    77.213  56.400   
 77.716  56.697    78.204  57.009    78.677  57.335    79.135  57.675   
 79.578  58.030    80.006  58.400    80.417  58.785   ] curve stroke 
65.000  53.780 moveto   0.000  -5.000 1.8 vector 
65.000  59.010 moveto   0.000  -5.000 1.8 vector 
currentdash currentlinewidth grestore setlinewidth setdash gsave 
 95.000  50.000 moveto 
125.000  90.000 rectangle  clip  newpath 
125.049  71.560 moveto 
[ 125.049  71.560   124.621  71.935   124.177  72.293   123.718  72.636   
123.245  72.964   122.757  73.277   122.256  73.576   121.740  73.860   
121.211  74.130   120.668  74.385   120.111  74.626   119.540  74.852   
118.955  75.064   118.356  75.260   117.742  75.441   117.113  75.606   
116.468  75.756   115.807  75.888   115.130  76.002   114.434  76.098   
113.721  76.174   112.987  76.229   112.232  76.262   111.454  76.269   
110.662  76.251   109.897  76.206   109.156  76.139   108.439  76.050   
107.742  75.941   107.066  75.812   106.409  75.665   105.771  75.501   
105.150  75.319   104.547  75.121   103.961  74.906   103.392  74.676   
102.839  74.429   102.303  74.167   101.783  73.889   101.280  73.595   
100.794  73.285   100.325  72.959    99.874  72.616    99.441  72.255   
 99.026  71.876    98.632  71.479    98.259  71.062    97.908  70.624   
 97.581  70.164    97.280  69.679    97.007  69.168    96.767  68.627   
 96.563  68.053    96.401  67.441    96.290  66.783    96.241  66.070   
 96.274  65.286    96.386  64.564    96.556  63.909    96.774  63.306   
 97.031  62.747    97.323  62.225    97.645  61.735    97.995  61.275   
 98.369  60.842    98.767  60.434    99.187  60.049    99.628  59.686   
100.089  59.345   100.570  59.024   101.070  58.724   101.588  58.443   
102.126  58.183   102.682  57.942   103.257  57.721   103.851  57.520   
104.465  57.341   105.099  57.183   105.755  57.048   106.433  56.937   
107.135  56.852   107.863  56.796   108.619  56.770   109.407  56.778   
110.176  56.823   110.911  56.898   111.614  57.003   112.290  57.134   
112.939  57.290   113.562  57.469   114.162  57.671   114.738  57.896   
115.291  58.141   115.822  58.409   116.329  58.697   116.813  59.008   
117.273  59.341   117.709  59.697   118.118  60.078   118.500  60.484   
118.851  60.918   119.170  61.381   119.452  61.879   119.691  62.414   
119.879  62.995   120.005  63.629   120.050  64.334   119.981  65.121   
119.819  65.798   119.591  66.398   119.312  66.939   118.989  67.433   
118.630  67.886   118.237  68.303   117.815  68.687   117.364  69.041   
116.887  69.365   116.383  69.662   115.855  69.931   115.301  70.173   
114.722  70.388   114.116  70.574   113.483  70.731   112.822  70.856   
112.130  70.947   111.404  71.000   110.640  71.010   109.859  70.972   
109.128  70.889   108.438  70.769   107.787  70.614   107.170  70.426   
106.587  70.209   106.035  69.962   105.516  69.685   105.028  69.379   
104.573  69.043   104.154  68.676   103.771  68.275   103.430  67.836   
103.136  67.357   102.899  66.828   102.732  66.239   102.660  65.573   
102.732  64.793   102.926  64.140   103.200  63.582   103.532  63.092   
103.913  62.658   104.335  62.271   104.795  61.926   105.291  61.621   
105.821  61.353   106.384  61.123   106.982  60.932   107.616  60.781   
108.289  60.674   109.004  60.616   109.769  60.617   110.526  60.683   
111.220  60.803   111.861  60.970   112.455  61.180   113.003  61.430   
113.507  61.719   113.965  62.048   114.376  62.420   114.733  62.837   
115.029  63.308   115.246  63.843   115.357  64.462   115.297  65.207   
115.071  65.842   114.752  66.358   114.365  66.791   113.923  67.160   
113.433  67.472   112.897  67.732   112.316  67.939   111.688  68.092   
111.010  68.185   110.273  68.205   109.508  68.138   108.831  67.998   
108.226  67.798   107.684  67.543   107.205  67.234   106.791  66.871   
106.450  66.447   106.202  65.949   ] curve stroke 
106.202  65.949 moveto
[ 106.202  65.949   106.086  65.354   106.203  64.602   106.504  64.043   
106.900  63.611   107.367  63.268   107.895  63.000   108.483  62.805   
109.132  62.687   109.851  62.661   110.601  62.751   111.233  62.932   
111.772  63.189   112.223  63.517   112.577  63.920   112.808  64.415   
112.839  65.042   112.563  65.685   112.150  66.109   111.649  66.412   
111.070  66.613   110.414  66.707   109.666  66.663   109.026  66.481   
108.520  66.200   108.142  65.824   107.928  65.336   108.021  64.679   
108.417  64.199   108.932  63.911   109.542  63.765   110.253  63.787   
110.870  63.992   111.299  64.324   111.518  64.787   111.308  65.441   
110.816  65.781   110.208  65.911   109.490  65.794   109.041  65.481   
108.890  65.009   109.371  64.444   109.976  64.335   110.613  64.560   
110.812  64.984   110.229  65.474   109.604  65.359   109.418  64.957   
110.032  64.649   110.434  64.979   109.743  65.155   109.937  64.812   
110.165  65.097   109.878  65.096   ] curve stroke 
110.000  76.220 moveto  0.000 185.000 1.8 vector 
110.000  70.980 moveto  0.000 185.000 1.8 vector 
currentdash currentlinewidth grestore setlinewidth setdash gsave 
140.000  50.000 moveto 
170.000  80.000 rectangle  clip  newpath 
155.000  65.000  14.000  9.800   0.000 360.000 0 ellipsearc stroke 
155.000  65.000  10.000   7.000   0.000 360.000 0 ellipsearc stroke 
155.000  65.000   6.000   4.200   0.000 360.000 0 ellipsearc stroke 
169.000  65.000 moveto 
  0.000  80.000 1.8 vector 
165.000  65.000 moveto 
  0.000  76.000 1.8 vector 
161.000  65.000 moveto 
  0.000  72.000 1.8 vector 
155.000  65.000 moveto 0.700 disk 
grestore}
\EndFig
\vskip-57mm

$$
\matrix{
\alpha>0\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{Foyer instable}\cr
}\qquad\qquad\qquad\quad\matrix{
\alpha<0\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{Foyer stable}\cr
}\qquad\qquad\qquad\qquad\matrix{
\alpha=0\quad\cr
\noalign{\vskip3pt}
\hbox{Centre}\quad\cr
}
$$

\noindent
Si $\alpha\not=0$, le rapport d'homothétie de deux spires
consécutives de la \hbox{spirale est $e^{2\pi\alpha/\beta}$}.

Comme on le voit, la description de la situation en dimension $2$ est 
toujours très simple. C'est là un fait général, qui résulte du théorème
dit de Poincaré-Bendixson~:
\medskip

{\bf Th\'eor\`eme de Poincar\'e-Bendixson.} {\it Soit $M\mapsto
\overrightarrow V(M)$ un champ de vecteurs de classe $C^1$ dans un
ouvert $\Omega$ du plan. On suppose qu'il existe une partie fermée 
bornée $K\subset\Omega$ ne contenant aucun z\'ero du champ de vecteurs 
$\overrightarrow V$ et
stable par l'équation d'évolution en temps $t\ge 0$ $[$hypothèse qui 
implique en particulier que les courbes intégrales sont d\'efini pour 
tout point initial $(x_0,y_0)\in K$ et tout $t\ge 0\,]$.
Alors $K$ est constitu\'e d'une réunion d'orbites p\'eriodiques du flot.}
\medskip

{\bf Bibliographie mathématique élémentaire~:}

Jean-Pierre demailly, {\it Analyse numérique et équations différentielles},
Presses universitaires de Grenoble, 3${}^{\rm e}$ édition, 2006,
ISBN 2-7061-0715-4.

\vfill\eject

\centerline{\fourteenbf Le système différentiel de Lorenz (1963)}
\bigskip
Contrairement à ce qui se passe en dimension~$2$, les systèmes
différentiels d'évolution peuvent dès la dimension $3$ donner lieu
à des situations géométriques très compliquées et à des
comportements essentiellement «\?chaotiques\?».

Nous allons illustrer ceci par un système différentiel célèbre,
appelé {\it système de Lorenz}.
\medskip

Il s'agit dans l'espace $\Omega=\bR^3$ du système différentiel
non linéaire
$$
\cases{
\displaystyle{dx\over dt}=10 (y - x)\cr
\noalign{\vskip5pt}
\displaystyle{dy\over dt}=28x-y- xz\cr
\noalign{\vskip4pt}
\displaystyle{dz\over dt}=xy- {8\over 3}z.\cr}\leqno(S)
$$

Voici quelques représentations graphiques des trajectoires (nous avons
extrait les images de l'exposé d'\'Etienne Ghys au Congrès International
des mathématiciens
de Madrid (2006))~: on obtient ce qu'on appelle l'attracteur
de Lorenz, qui a une structure fractale.

\InsertImage 5 52 60 0 1.1 0 ghys002.png
\EndFig
\vskip-52mm
\InsertImage 70 52 60 0 1.1 0 ghys003.png
\EndFig
\InsertImage 37.5 52 60 0 1.1 0 ghys004.png
\EndFig
\medskip

La complexité de ces trajectoires est très grande. En particulier, les
trajectoires pério\-diques forment des nœuds, et il apparaît des
nœuds de différents types.

Voici quelques illustrations de nœuds apparaissant au sein des trajectoires~:

\InsertImage 5 52 60 0 1.1 0 ghys005.png
\EndFig
\vskip-52mm
\InsertImage 70 52 60 0 1.1 0 ghys006.png
\EndFig
\medskip

Un problème particulièrement intéressant étudié par Ghys est de classifier
tous les types de nœuds pouvant apparaître dans l'attracteur de Lorenz, et
ensuite, de déterminer la façon dont ils peuvent s'enlacer~:

\InsertImage 5 52 60 0 1.1 0 ghys044.png
\EndFig
\vskip-52mm
\InsertImage 70 52 60 0 1.1 0 ghys045.png
\EndFig
\medskip
Il est surprenant de constater que du chaos émerge tout de même certaines 
formes d'ordre extrêmement complexes, correspondant à des
situations mathématiques très riches~$\ldots$
\bigskip

{\bf Références.}

\'Etienne Ghys, {\tt http://www.umpa.ens-lyon.fr/$\,\tilde{\kern3pt}\,$ghys/}

et en particulier, sur 

{\tt http://www.umpa.ens-lyon.fr/$\,\tilde{\kern3pt}\,$ghys/Publis.html}

l'exposé {\it Knots and Dynamics}, Proceedings du Congrès International 
de Madrid 2006,

{\tt http://www.umpa.ens-lyon.fr/$\,\tilde{\kern3pt}\,$ghys/articles/icm.pdf}\\
{\tt http://www.umpa.ens-lyon.fr/$\,\tilde{\kern3pt}\,$ghys/articles/ghys-icm.pdf}

\end

% Local Variables:
% TeX-command-default: "uTeX"
% End:



