La linéarité en physique, L3-M1. Cours avec exercices résolus et commentés

Linéaires la loi d'Ohm en électricité, les transformations de Lorentz en relativité, les équations de Maxwell en électromagnétisme. Non linéaire l'équation d'un pendule simple mais linéaire celle de son approximation par l'oscillateur harmonique. La linéarité d'un phénomène est-elle fondamentale ou approchée ? Qu'est-ce qui distingue un phénomène linéaire d'un autre? En quoi la linéarité d'une équation aide-t-elle à sa résolution ? De telles questions relèvent de la physique et des mathématiques. Nous avons voulu, à travers de nombreux exemples empruntés à diverses branches de la physique classique, mettre en œuvre les raisonnements, méthodes et calculs propres à la linéarité. Le lecteur trouvera ici motivés, énoncés, démontrés et appliqués des théorèmes relevant de l'algèbre linéaire dont il est supposé connaître les rudiments habituellement enseignés lors des deux premières années du cursus universitaire. Ce livre n'est cependant pas un recueil d'outils mathématiques pour la physique. Il se veut plutôt un essai de physique mathématique. En nous restreignant à la linéarité en physique, nous avons cherché à montrer comment, au-delà des techniques de calcul, un même concept mathématique, la linéarité, traverse des domaines disparates de la physique, suscitant ainsi des analogies, fiches d'enseignements, tant pour le physicien que pour le mathématicien.