Zénon, sommes infinies et loi géométrique

Ayant parlé plusieurs fois de Luc Chatel sur mon blog je n’ai pas pu m’enpêcher de mettre l’image qui est à la une du Canard de cette semaine.
Pour ceux qui se souviennent de leurs cours de philo au lycée, c’est le paradoxe de Zénon (ou presque). Pour cela il faut fermer les yeux et imaginer une flèche en vol (en fait non, je viens de faire l’expérience, si on ferme les yeux, on ne peut pas lire la suite, ça ne marche qu’en cours cette histoire). La flèche est lancée à 10 mètre de sa cible. Il faut un certain temps, non nul, à cette pierre pour parcourir la moitié de la distance qui la sépare de la cible. Ensuite, il lui reste encore 5 mètres à parcourir, dont elle accomplit d’abord la moitié, 2,5 mètres, ce qui lui prend un certain temps. Puis elle parcourt la moitié, puis la moitié, et cela – à chaque fois – avec un temps non nul. Zénon (Ζήνων, parfois appelé aussi Zénon d’Elée)  en conclut que la pierre ne pourra frapper l’arbre qu’au bout d’un temps infini, c’est-à-dire jamais (ou pour la version illustrée, je peux renvoyer à un extrait de Kid Paddle, ici). En fait, Zénon introduit  la notion d’infini divisibilité (on dira qu’un élément est indéfiniment divisible, c’est d’ailleurs surprenant ce lien en français entre l’infini et l’indéfini), qui philosophiquement, est un complexe qui a mis du temps à s’imposer: une somme infinie d’éléments non nuls peut être finie (je renvois ici par exemple).

Formellement, l’histoire de la flèche revient à se demander si on peut calculer quelquechose qui ressemble à

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soit, de manière plus formelle,

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on retrouve la somme d’une série géométrique (au premier terme près), dont on sait que

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Un application intéressante est que la loi géométrique, vérifiant

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est effectivement une loi de probabilité,

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(les termes sont positifs, et la somme vaut 1). Il existe une démonstration élégante de ce dernière résultat, qui tient en un dessin (à condition d’accepter ce principe un peu fractal d’infini divisibilité):

Je reviendrais un jour sur les lois de probas infiniment divisibles, car elles sont très très intéressantes de par certaines propriétés….