Université Denis Diderot - Paris 7
UFR de Mathématiques
Equipe de Logique Mathématique, Institut Mathématique de Jussieu, CNRS UMR 7586
Bienvenue sur la page d'Alain Prouté

Mes domaines d'intérêt sont la topologie algébrique, la théorie des catégories et des topos, la logique et l'informatique. Vous trouverez sur cette page des cours, des recueils d'exercices, des articles et des textes de conférences. Merci de m'adresser vos remarques, corrections et suggestions éventuelles.

alp@math.univ-paris-diderot.fr
Cours de Topologie Algébrique du Master 1 de Mathématiques Fondamentales

Le cours a lieu à la Halle aux Farines, le lundi de 14h30 à 16h30 (salle 381F) et le mercredi de 12h30 à 14h30 (salle 379F). Les travaux dirigés sont assurés par Hussein Mourtada le mardi de 10h à 12h (salle 071E), le mercredi de 14h30 à 16h30 (salle 071E) et le jeudi de 8h à 10h (salle 376F).

Notes de cours (cliquer sur la date pour récupérer le PDF)
Ces notes sont un premier jet et contiennent certainement des erreurs et des omissions. Les remarques et corrections sont bienvenues.
23 janvier 2012

Présentation des catégories comme une généralisation des groupes. Exemples: Ens, Top, Gr, ensembles (pré)ordonnés, groupes, monoïdes. Isomorphismes. Automorphismes d'un objet. Groupoïdes. Connexité et simple connexité d'un groupoïde. Définition des foncteurs. Exemples: applications croissantes/décroissantes, dual d'un espace vectoriel. Catégorie Cat des petites catégories. Congruences et catégories quotient.

25 janvier 2012

Paire topologique et morphismes de paires. Chemins, standardisation des chemins, concaténation, catégorie des chemins de X à extrémités dans A. Homotopie entre chemins. L'homotopie est une congruence pour la concaténation. Inversion d'un chemin à homotopie près. Le groupoïde fondamental de X relatif à A. Objet initial/final dans une catégorie. Isomorphisme canonique. Notion de somme et de produit dans une catégorie.

30 janvier 2012

Notion de somme amalgamée et exemples: ensembles, espaces topologiques, graphes. Théorème de van Kampen (version groupoïdes à la Ronald Brown).

1 février 2012

Esquisse de calcul de la somme amalgamée de groupoïdes qui donne le groupe fondamental du cercle. Flèche universelle d'un objet vers un foncteur. Exemples: groupe libre sur un ensemble, abélianisé d'un groupe. Transformations naturelles, exemples. Naturalité de la bijection intervenant dans la définition des flèches universelles.

6 février 2012

Théorème du point fixe de Brouwer en dimension 2. Théorème de fonctorialité. Foncteurs adjoints. Limites/colimites et leur préservation par les adjoints.

8 février 2012

Compositions hétérogènes. Unité et co-unité des adjonctions. Limites et colimites dans Ens et dans Top. Exemples: écrasement d'un sous-espace, cylindre et cône d'une application continue.

13 février 2012

Notion générale d'homotopie, Catégories homotopiques. Carrés cartésiens et pullbacks. Groupe topologique agissant sur un espace topologique. Définition des revêtements. Actions de groupes produisant des revêtements. Exemples classiques de revêtements.

15 février 2012

Relèvement des homotopies, relation entre revêtement et groupe fondamental, action du groupe fondamental de la base sur la fibre, critère de relèvement d'une application continue le long d'un revêtement.

20 février 2012

Suite exacte courte d'un revêtement principal, foncteurs représentables, définition des revêtements universels.

22 février 2012

Notion d'espace semi-localement simplement connexe. Théorème d'existence de revêtements au dessus d'une base suffisamment régulière. Existence d'un revêtement universel.

27 février 2012

classification des revêtements au dessus d'une base donnée. Automorphismes d'un revêtement.

29 février 2012

Revêtements principaux. Une application des revêtements aux surfaces plongés dans l'espace euclidien. Catégories présentées par générateurs et relations. Groupoïde libre sur un graphe. Quaternions.

5 mars 2012

CO-topologie et loi exponentielle pour les espaces topologiques et les espaces topologiques pointés. Suspension réduite et espace des lacets. Groupes d'homotopie supérieurs.

7 mars 2012

Premier examen partiel.

12 mars 2012

Présentation de l'algèbre homologique: simulation algébrique de la notion de bord. Modules sur un anneau. Suites exactes. Lemme des cinq. Produit tensoriel.

14 mars 2012

Algèbres associatives graduées. Algèbre tensorielle, algèbre extérieure. Théorie du déterminant.

19 mars 2012

Quelques propriétés des modules sur les anneaux principaux. Modules différentiels gradués et homologie. Lemme du serpent.

21 mars 2012

Notion d'homotopie de chaînes. Présentation axiomatique des théories de chaînes. Suite exacte longue d'un triplet, théorème d'excision, suite exacte de Mayer-Vietoris.

26 mars 2012

Suites exactes scindées. Homologie réduite. Homologie des sphères. Degré de Brouwer et quelques applications.

28 mars 2012

Chaînes singulières d'un espace topologique. Opérateur bord. Augmentation. Vérification des axiomes (1) et (4) des théories de chaînes. La méthode des modèles acycliques. Le théorème des modèles acycliques.

2 avril 2012

Preuve de l'invariance homotopique (axiome 3) et du théorème des petites chaînes (axiome 2) pour l'homologie singulière.

4 avril 2012

Comparaison du groupe fondamental avec l'homologie de dimension 1 à coefficients dans Z. Quelques mots sur les limites et colimites de modules différentiels gradués. Commutation de l'homologie aux limites inductives. Théorèmes de séparation de Jordan-Brouwer et d'invariance du domaine.

11 avril 2012

Second examen partiel.

30 avril 2012

Cône d'un morphisme de modules différentiels gradués. Foncteurs Tor et Ext. Cohomologie singulière. Théorème des coefficients universels pour la cohomologie. Diagonale d'Alexander-Whitney. Cup-produit et cap-produit.

2 mai 2012

Cup-produit dans le cas relatif, cross-produit pour la cohomologie. Relations entre connectants et cup-produit. Un cas particulier de la formule de Künneth. Notion de fibré vectoriel orientable. Isomorphisme de Thom. Suite exacte de Thom-Gysin. Algèbre de cohomologie des espaces projectifs réels et complexes.

7 mai 2012

Rétracts absolus de voisinage (ANR). Polyèdres finis. Plongements propres au sens d'Alexander. Cap-produit et connectants de suites exactes de Mayer-Vietoris. Appendice: Espace normaux, lemme d'Urysohn, théorème de Tietze-Urysohn.

9 mai 2012

Dualité d'Alexander.

14 mai 2012

Séance de révisions (horaire et salle habituels). Préparez vos questions.

Révisions

Des informations importantes pour vos révisions.

23 mai 2012

Seconde séance de révisions (horaire et salle habituels). Préparez vos questions.

29 mai 2012

Examen première session de 8h30 à 11h30 salle 027C.

Conférences
26/05/2012-9/06/2012Topologie Algébrique et CatégoriesEcole de Géométrie et d'Algèbre, Ouargla (Algérie)
30/11/2011What does it mean to do mathematics within a topos ?Categories and Physics 2011
09/05/2011Comment on traite la question de l'indépendance de l'hypothèse du continu et de l'axiome du choix avec la théorie des faisceaux de Grothendieck.Séminaire Général de Logique
28/04/2011Les topologies de Grothendieck pour les nuls.Séminaire de Géométrie Analytique Complexe
12/03/2011Sur quelques liens entre catégories, programmation et preuves.Séminaire Itinérant de Catégories
23/02/2011Pourquoi les topologies de Grothendieck intéressent-elles les logiciens ?Algèbre et Topologie Homotopiques
16/12/2010Des catégories pour comprendre la programmation.Journée Mathématiques Innovantes
31/05/2010On the link between topoi and the vernacular of mathematicsCategory Theory and Philosophy of Mathematics Today (ENS Ulm)
(Conférence enregistrée par Benoit Daval)
24-26/05/2010Ateliers pédagogiquesLycée Français d'Alicante
17/05/2010L-algebras and homotopy types.Université de Hong-Kong
Conférence à l'université de Hong-Kong
24/03/2010Topologies de Grothendieck et de Lawvere-TierneySéminaire A. Khelif
12/01/2010Le projet Saunders.Séminaire Complexité et Logique
12/05/2009Pourquoi existe-t-il une logique non classique ?Après-midi Philomatiques.
17/04/2009Constructivisme, algorithmes et égalitéSéminaire de Philosophie des Mathématiques
9/03/2009Le raisonnement par l'absurdeSéminaire de Philosophie et Mathématiques
16/01/2009Qu'est-ce qu'une démonstration ?Lycée Français d'Alicante
à Alicante avec les éléves de terminale européenne et leur professeur
4/06/2008L-Algèbres: un modèle des types d'homotopieAlgèbre et Topologie Homotopiques
21/05/2008Le raisonnement par l'absurdeAprès-midi Philomatiques
22/04/2008Les topos via les classifiantsCategory Theory and Physics
17/03/2008Un petit aperçu de la logique catégorique et application à l'informatiqueSéminaire Général de Logique
21/02/2008Topos et démonstrations constructives IIISéminaire de Géométrie Analytique Complexe
7/02/2008Topos et démonstrations constructives IISéminaire de Géométrie Analytique Complexe
17/01/2008Topos et démonstrations constructives ISéminaire de Géométrie Analytique Complexe
29/05/2007Sur quelques liens entre théorie des topos et théorie de la démonstrationLogique et Interaction
Algèbre
Niveaux :
  L1-L2
  L3
Applications Bilinéaires et Formes Quadratiques
PDF 436 KO

Applications bilinéaires, applications linéaires associées, espace dual, représentation matricielle, changement de base, orthogonalité, formes non dégénérées, definies, formes quadratiques, forme polaire, diagonalisation (Gauss), signature, plan artinien, plan projectif, division harmonique, coniques, poles et polaires, produits scalaires, espaces euclidiens, matrices orthogonales, endomorphisme adjoint, endomorphismes normaux, auto-adjoints et isométries, groupe orthogonal, théorèmes de Fregier et de Pascal.

Niveaux :
  L1-L2
Le Déterminant
PDF 138 KO

Permutations, nombre d'inversions, signature d'une permutation, transpositions, espace dual, application transposée, base duale, rang de la transposée, mesure de volume (forme multilinéaire alternée), déterminant d'un endomorphisme, d'une matrice carrée, mineur, cofacteur, développement par rapport aux lignes et aux colonnes, application au calcul du rang d'une matrice, formule de la comatrice, déterminant de Van der Monde.

Niveaux :
  L1-L2
Le théorème de Cayley-Hamilton
PDF 53 KO

Ce très court texte contient une démonstration élémentaire et aussi peu calculatoire que possible du théorème de Cayley-Hamilton.

Logique et Fondations
Niveaux :
  M1
  M2-D
Cours de Logique Catégorique
PDF 3393 KO

Cours de logique catégorique donné en 2008, 2009 et 2010 dans le Master 2 ``Logique mathématique et Fondements de l'Informatique''. Ce cours introduit les notions essentielles de théorie des catégories (problèmes universels, classifiants, foncteurs adjoints, monades,...) et expose les bases de la théorie des topos élémentaires, en particulier le langage interne, la sémantique de Kripke-Joyal, les topos de préfaisceaux d'ensembles, les topologies de Grothendieck et de Lawvere-Tierney, et les topos de faisceaux. Contient plus de 300 exercices dont certains sont corrigés.

Niveaux :
  Tous
Indépendance et consistance relative du tiers exclu.
PDF 221 KO

Ce texte, établi en collaboration avec l'un de mes étudiants, présente une démonstration élémentaire du fait que le principe du tiers exclu ne résulte pas des principes structurels (intuitionnistes) de démonstration. Il constitue une suite (en plus formel) au ``Topos des Shadoks'' qu'on trouvera sur cette même page.

Niveaux :
  Tous
Le raisonnement par l'absurde
PDF 158 KO

Un exposé fait en mai 2008 sur le raisonnement par l'absurde. Sans entrer dans les détails techniques, on apprend en quoi consistent les mathématiques ``structurelles'' (également appelées ``intuitionnistes'') et ce qu'est le constructivisme. On explique la différence de comportement entre connecteurs additifs et connecteurs multiplicatifs. Enfin, on explore le principe de la double négation et du raisonnement par l'absurde et on distingue deux sortes de tels raisonnements dont l'une est constructive et l'autre pas.

Niveaux :
  Tous
Le Topos des Shadoks
PDF 636 KO

Cette série de transparents introduit d'une manière ludique la notion de topos élémentaire de Lawvere-Tierney. La logique du topos présenté ici est ternaire. On explique pourquoi l'axiome du choix et le théorème de Cantor-Bernstein ne sont pas valides dans ce topos (signe que ces énoncés ne sont pas constructifs).

Niveaux :
  M2-D
Les Topos sans les Monomorphismes
PDF 165 KO

On axiomatise la structure de topos élémentaire sans la notion de monomorphisme. Dans la conclusion, on explique en quoi cette axiomatisation éclaire l'usage de certaines phrases dans le langage mathématique ordinaire. Ce texte constitue par ailleurs une introduction condensée à la structure de topos élémentaire et à la sémantique de Kripke-Joyal pour ceux qui connaissent déjà un peu les catégories.

Niveaux :
  Tous
Les Topos Elémentaires via les Classifiants
PDF 179 KO

Un exposé ``self-contained'' fait au séminaire ``Catégories et Physique'' en avril 2008, dans lequel les topos élémentaires sont présentés en utilisant la seule notion de classifiant d'un foncteur.

Niveaux :
  Tous
Les Entiers Naturels
PDF 157 KO

On axiomatise la notion d'ensemble des entiers naturels à l'aide du principe de récursion simple (inspiré par les travaux de W. Lawvere), on en déduit le principe de récursion primitive, et les axiomes de Peano (dont le principe usuel du raisonnement par récurrence). On développe l'arithmétique dans N, à partir de cette définition (addition, multiplication, division euclidienne,...). Application aux ensembles finis et aux cardinaux. On démontre aussi l'axiome des choix dépendants à partir de l'axiome général du choix, et du principe de récursion simple.

Niveaux :
  M2-D
Problèmes de théorie des catégories et de théorie des topos.
PDF 513 KO

Les problèmes de partiels et d'examens donnés pendant les trois années de mon cours de logique catégorique (avec solutions).

Niveaux :
  Tous
Topos et Démonstrations
PDF 403 KO

Dans cet exposé fait à Luminy en mai 2007, est essentiellement discutée la notion d'indiscernabilité des preuves. Des arguments sont donnés en faveur de ce principe, aussi bien provenant de l'analyse du comportement des mathématiciens, que d'une modélisation des mathématiques dans les topos. On y parle également du système de types de Martin-Löf et de ses rapports avec le théorème de Diaconescu. Le caractère partiellement constructif de l'axiome du choix est aussi discuté.

Topologie Algébrique
Niveaux :
  M2-D
A-infini structures
PDF 536 KO

Ce texte est la partie principale de ma thèse d'état soutenue en 1986. C'est une étude de l'homologie des fibrations principales de fibre K(Z/p,n), utilisant les notions de A-infini algèbres et coalgèbres. On y trouvera une présentation de la méthode des petites constructions de Cartan pour le calcul de l'holomogie de K(Z/p,n), une théorie homotopique des cochaînes de Brown, une construction des modèles minimaux de Baues-Lemaire et Kadeishvili, et les premiers pas d'une identification des petites constructions de Cartan à des A-infini produits tensoriels tordus.

Niveaux :
  M2-D
Brown's natural twisting cochain and the Eilenberg-Mac Lane tranformation
PDF 302 KO

Dans cet article, on construit une cochaîne de Brown (cochaine tordante) qui commute avec la transformation d'Eilenberg-Mac Lane.

Niveaux :
  M2-D
Church-Rosser property and Homology of Monoids
PDF 273 KO

Ce texte écrit en collaboration avec Yves Lafont est une introduction à la réécriture dans les monoïdes et à l'homologie des monoïdes. On y démontre le théorème de Squier, qui énonce que le rang du troisième groupe d'homologie d'un monoïde minore le nombre de paires critiques dans n'importe quelle présentation du monoïde par un système de réécriture confluent et noethérien.

Niveaux :
  M2-D
Classe d'Euler rationnelle des sous-groupes résolubles de GL(2n,R)
PDF 194 KO

Dans cette note aux C.R.A.S. on montre qu'une variété plate (non riemannienne; la connexion peut donc avoir de la torsion) compacte sans bord dont le groupe fondamental est résoluble a une caractéristique d'Euler nulle.

Niveaux :
  M2-D
Classes Caractéristiques
PDF 162 KO

Fibrés localement triviaux, fibrés induits et invariance homotopique, grassmannienne et fibrés universels, application de Gauss, théorème de Leray-Hirsch, classe de Thom, classe d'Euler, suite de Gysin, algèbre de cohomologie de l'espace projectif, le fibré projectif associé, le principe de scindement, algèbre de cohomologie de la grassmannienne infinie, classes caractéristiques.

Niveaux :
  M2-D
Sur la diagonale d'Alexander-Withney
PDF 236 KO

Dans cette note aux C.R.A.S. on caractérise la diagonale d'Alexander-Withney par une propriété de son image. Ceci permet de prouver sans calcul que la transformation d'Eilenberg-Mac Lane est un morphisme de coalgèbres.

Niveaux :
  M2-D
Sur la transformation d'Eilenberg-Mac Lane
PDF 231 KO

Cette note aux C.R.A.S. caractérise la transformation naturelle d'Eilenberg-Mac Lane d'une manière très simple, ce qui permet d'établir très facilement ses principales propriétés, et donc d'éviter les nombreuses pages de calculs qu'on trouve habituellement concernant cette transformation.

Niveaux :
  M2-D
Un contre-exemple à la géométricité du shuffle-coproduit de la cobar-construction
PDF 474 KO

Dans cette note aux C.R.A.S. il est montré que même si la coalgèbre d'homologie (à coefficients dans un corps) d'un espace X est quasi-isomorphe à la coalgèbre des chaînes singulières de X, il se peut que la cobar-construction sur cette homologie, vue comme une coalgèbre avec le shuffle-coproduit, ne soit pas quasi-isomorphe à la coalgèbre des cochaînes de l'espace des lacets de X.

Topologie et Analyse
Niveaux :
  L1-L2
  L3
Calcul Différentiel
PDF 420 KO

Dérivée d'une fonction définie sur un ouvert de Rn. Exemples. Dérivation des fonctions composées. Matrice jacobienne. Dérivées partielles. Théorème de la moyenne. Convergence des dérivées d'une suite de fonctions. Dérivées d'ordre supérieur. Formule de Taylor. Théorème de Schwarz. Extrémas des fonctions deux fois dérivables. Difféomorphismes et théorème d'inversion locale.

Niveaux :
  L1-L2
  L3
Equations Différentielles
PDF 273 KO

Définition, solutions, différentiabilité des solutions, systèmes différentiels, équations autonomes, équations d'ordre supérieur, conditions initiales et solutions non prolongeables, interprétation géométrique, démonstration du théorème de Cauchy-Lipschitz, exemples tirés de la physique, méthodes de résolution, comparaison des solutions, caractérisation des solutions maximales, équations linéaires, résolvante, variation des constantes.

Niveaux :
  L1-L2
Espaces Métriques
PDF 226 KO

Rappel sur les nombres réels, boules ouvertes, partie bornées, voisinages parties ouvertes, points adhérents, parties fermées, parties denses, suites, sous-suites, points d'accumulation, limite, théorème de Bolzano-Weierstrass, suites de Cauchy, espaces complets, compacts, application continues, uniformément continues, lipschitziennes, théorème élémentaire de prolongement.

Niveaux :
  L1-L2
Espaces Normés et Algèbres de Banach
PDF 127 KO

Définition des normes, des espaces et algèbres de Banach. Continuité des applications linéaires. Propriétés élémentaires des algèbres de Banach. L'application exponentielle. Comparaison des fonctions au voisinage d'un point.

Niveaux :
  L1-L2
L'Intégrale Simple
PDF 332 KO

Définition des fonctions réglées et en escalier. Définition de leur intégrale sur un intervalle. Techniques de calcul. Majorations. Intégrales généralisées. Intégrales dépendant d'un paramètre. Exercices corrigés.

Niveaux :
  L3
  M1
Problèmes de Topologie et Calcul Différentiel
PDF 371 KO

Ce recueil de 12 problèmes (1 par semaine) avec solutions a été élaboré lors d'un enseignement de L3 à Paris 7. Les sujets abordés sont les suivants: (1) application exponentielle complexe, (2) espace de Sierpinski et topologie des cofinis, (3) topologie X-adique et espaces ultramétriques, (4) revêtements, (5) calcul du diamètre de quelques espaces métriques dont des exemples de grassmanniennes, (6) limites supérieures et inférieures, semi-continuité, (7) théorème de Stone-Weierstrass, (8) théorème de Baire et application aux fonctions continues non dérivables, (9) dérivée de l'application exponentielle d'une algèbre de Banach non commutative, (10) équivalence entre champs de vecteurs et dérivations de l'algèbre des fonctions, (11) gradient et surface définie comme isopotentiel, applications de Gauss et de Weingarten, (12) formes de Pfaff et lemme de Poincaré.

Niveaux :
  Tous
Transcendance de e et pi pour les nuls
PDF 135 KO

Mémoire réalisé par trois de mes étudiants de Licence 1, dans lequel sont démontrées les transcendances de e et pi.