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Parallèle (opérateur)

Interprétation graphique de l'opérateur parallèle avec . un ∥ b = c {\displaystyle a\parallèle b=c} L' opérateur parallèle (prononcé « parallèle », suivant la notation des ligne...

Interprétation graphique de l'opérateur parallèle avec .

L' opérateur parallèle (prononcé « parallèle », suivant la notation des lignes parallèles de la géométrie ; également connu sous le nom de somme réduite , somme parallèle ou addition parallèle ) est une fonction mathématique qui est utilisée comme abréviation en génie électrique , mais est également utilisée en cinétique , en mécanique des fluides et en mathématiques financières . Le nom parallèle vient de l'utilisation de l'opérateur calculant la résistance combinée des résistances en parallèle .

Aperçu

L'opérateur parallèle représente la valeur réciproque d'une somme de valeurs réciproques (parfois également appelée « formule réciproque » ou « somme harmonique ») et est défini par :

a , b et sont des éléments des nombres complexes étendus

L'opérateur donne la moitié de la moyenne harmonique de deux nombres a et b .

Comme cas particulier, pour tout nombre :

De plus, pour tous les nombres distincts :

{ frac {1}{2}}\min {\bigl (}|a|,|b|{\bigr )}, | a b | > 1 2 min ( | a | , | b | ) , {\displaystyle {\big |}\,a\parallel b\,{\big |}>{ frac {1}{2}}\min {\bigl (}|a|,|b|{\bigr )},} { frac {1}{2}}\min {\bigl (}|a|,|b|{\bigr )},}" data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04473aa8f3a0a4778bc30423679ca1f9f0eb9a9c">

avec représentant la valeur absolue de , et signifiant le minimum (le plus petit élément) parmi x et y .

Si et sont des nombres réels positifs distincts alors

Le concept a été étendu d'une opération scalaire aux matrices et encore plus généralisé .

Notation

L'opérateur a été introduit à l'origine comme somme réduite par Sundaram Seshu en 1956, étudié comme opérateur par Kent E. Erickson en 1959, et popularisé par Richard James Duffin et William Niles Anderson, Jr. comme opérateur d'addition parallèle ou de somme parallèle: en mathématiques et en théorie des réseaux depuis 1966. Alors que certains auteurs continuent à utiliser ce symbole jusqu'à présent, par exemple, Sujit Kumar Mitra l'a utilisé comme symbole en 1970. En électronique appliquée , un signe est devenu plus courant comme symbole de l'opérateur vers 1974. Il était souvent écrit sous forme de double ligne verticale (||) disponible dans la plupart des jeux de caractères (parfois en italique comme // ), mais peut maintenant être représenté à l'aide du caractère Unicode U+2225 ( ∥ ) pour « parallèle à ». Dans LaTeX et les langages de balisage associés, les macros \|et \parallelsont souvent utilisées (et rarement \smallparallelutilisées) pour désigner le symbole de l'opérateur.

Propriétés

Soit représenter le plan complexe étendu excluant zéro, et la fonction bijective de à telle que On ait des identités

et

Ceci implique immédiatement que est un corps où l'opérateur parallèle prend la place de l'addition, et que ce corps est isomorphe à

Les propriétés suivantes peuvent être obtenues en traduisant les propriétés correspondantes des nombres complexes.

Propriétés du champ

Comme tout domaine, il répond à une variété d’identités fondamentales.

Il est commutatif en parallèle et en multiplication :

Il est associatif sous parallèle et multiplication :

Les deux opérations ont un élément d'identité ; pour la parallèle, l'identité est 1 tandis que pour la multiplication, l'identité est 1 :

Tout élément de possède un inverse sous parallèle, égal à l'inverse additif sous addition. (Mais 0 n'a pas d'inverse sous parallèle.)

L'élément d'identité est son propre inverse,

Chaque élément de possède un inverse multiplicatif :

La multiplication est distributive sur parallèle :

Parallèle répété

La répétition parallèle équivaut à une division,

Ou, en multipliant les deux côtés par n ,

Contrairement à l'addition répétée , celle-ci ne commute pas :

Développement du binôme

En utilisant deux fois la propriété distributive, le produit de deux binômes parallèles peut être développé comme

Le carré d'un binôme est

Le cube d'un binôme est

En général, la n -ième puissance d'un binôme peut être développée en utilisant des coefficients binomiaux qui sont l'inverse de ceux sous addition, ce qui donne un analogue de la formule binomiale :

Logarithme et exponentiel

Les identités suivantes sont valables :

Fonctions parallèles

Une fonction parallèle est une fonction qui commute avec l'opération parallèle :

Par exemple, est une fonction parallèle, car

Factorisation de polynômes parallèles

Comme avec un polynôme sous addition, un polynôme parallèle à coefficients dans (avec ) peut être factorisé en un produit de monômes :

pour certaines racines (éventuellement répétées) dans

Analogue aux polynômes sous addition, l'équation polynomiale

implique que pour un certain k .

Formule quadratique

Une équation linéaire peut être facilement résolue via l'inverse parallèle :

Pour résoudre une équation quadratique parallèle, complétez le carré pour obtenir un analogue de la formule quadratique

Y compris zéro

Les nombres complexes étendus incluant zéro ne sont plus un corps sous parallèle et multiplication, car 0 n'a pas d'inverse sous parallèle. (C'est analogue à la façon dont 0 n'est pas un corps car il n'a pas d'inverse additif.)

Pour tout a non nul ,

La quantité peut être laissée indéfinie (voir forme indéterminée ) ou définie comme égale à 0 .

Priorité

En l'absence de parenthèses, l'opérateur parallèle est défini comme ayant la priorité sur l'addition ou la soustraction, de manière similaire à la multiplication.

Applications

L'opérateur parallèle trouve des applications en électronique, en optique et dans l'étude de la périodicité :

Analyse de circuit

En génie électrique , l'opérateur parallèle peut être utilisé pour calculer l'impédance totale de divers circuits électriques en série et en parallèle . Il existe une dualité entre la somme habituelle (en série) et la somme parallèle.

Par exemple, la résistance totale des résistances connectées en parallèle est l’inverse de la somme des inverses des résistances individuelles .

Un schéma de plusieurs résistances, côte à côte, les deux fils de chacune étant connectés aux mêmes fils.

De même pour la capacité totale des condensateurs en série .

Équation de lentille

En optique géométrique, approximation de la lentille mince à l'équation du fabricant de la lentille.

Période synodique

Le temps entre les conjonctions de deux corps en orbite est appelé période synodique . Si la période du corps le plus lent est T 2 et celle du corps le plus rapide est T 1 , alors la période synodique est

Exemples

Question:

Trois résistances , et sont connectées en parallèle . Quelle est leur résistance résultante ?

Répondre:

La résistance effectivement obtenue est d'environ 57 .

Question :

Un ouvrier du bâtiment élève un mur en 5 heures. Un autre ouvrier aurait besoin de 7 heures pour le même travail. Combien de temps faut-il pour construire le mur si les deux ouvriers travaillent en parallèle ?

Répondre:

Ils finiront dans près de 3 heures.

Mise en œuvre

WP 34S avec opérateur parallèle ( ) sur la touche g+ .÷

Déjà proposé par Kent E. Erickson comme sous-programme dans les ordinateurs numériques en 1959, l'opérateur parallèle est implémenté comme opérateur de clavier sur les calculatrices scientifiques à notation polonaise inversée (RPN) WP 34S depuis 2008 ainsi que sur les WP 34C et WP 43S depuis 2015, permettant de résoudre même des problèmes en cascade avec quelques frappes de touches comme . 270↵ Enter180120

Vue projective

Étant donné un corps F, il existe deux plongements de F dans la droite projective P( F ) : z → [ z : 1] et z → [1 : z ]. Ces plongements se chevauchent sauf pour [0:1] et [1:0]. L'opérateur parallèle relie l'opération d'addition entre les plongements. En fait, les homographies sur la droite projective sont représentées par des matrices 2 x 2 M(2, F ), et les opérations de corps (+ et ×) sont étendues aux homographies. Chaque plongement a son addition a + b représentée par les multiplications matricielles suivantes dans M(2, A ) :

Les deux produits matriciels montrent qu'il existe deux sous-groupes de M(2, F ) isomorphes à ( F ,+), le groupe additif de F . Selon l'incorporation utilisée, une opération est +, l'autre est

Remarques

Lectures complémentaires