Between arithmetic and discrete geometry, an epistemological and didactic study of Pick's theorem and Bezout's theorem
Entre arithmétique et géométrie discrète, une étude épistémologique et didactique du théorème de Bézout et du théorème de Pick
Résumé
This thesis studies the problem of changing registers in mathematics education. More specifically,we have chosen to study the registers of the continuous and the discrete with interactions in thefields of arithmetic and geometry.This thesis shows, in particular, that "classic" adidactic / didactic situations do not allow suchinteractions to be implemented.We have shown, moreover, that there is a pervasiveness of the continuous in the conceptions of thestudents and even a resistance to consider the discreet. Our experiments were carried out withundergraduate mathematics students and trainers.Our first engineering deals with the study of whole points of a line of the plane. It highlighted theobstacle to recognizing a geometric characterization of the solutions of the Bézout equation(existence and exhaustiveness).This shows that in order to overcome this obstacle of changing registers, it is necessary to propose amore “open” type of situation concerning an epistemologically consistent mathematical problem.In this thesis, we studied the possibility of devolving a change in arithmetic / geometry register inthe context of "Research Situation for the Class". This is one of the objectives of our secondengineering covering the area of whole vertex polygons (with reference to Pick's theorem).Two pre-experiments made it possible to define the conditions for taking into account the discreteregister for a question relating to geometry.We have built a final experiment taking these conditions into account.The didactic analysis of the situation on Pick allows us to affirm that, on the one hand, the SiRCmodel is suitable for the engineering of situations of change of registers. On the other hand, it alsoshows that arithmetic and geometry are relevant mathematical domains for register interactions andwork on proof and reasoning.Among the conditions for proper devolution of registry changes, the nature of the question plays anessential role. We chose in engineering on the Pick problem to ask to search for a "method" or"formula" without specifying the variables and registers concerned.Our experience has shown that this type of question has enabled the development of many strategiesidentified in the mathematical analysis of the problem.
Cette thèse étudie la problématique de changement de registres dans l’enseignement des mathématiques. Plus spécifiquement, nous avons choisi d’étudier les registres de l’arithmétique et de la géométrie avec des interactions des domaines du continu et du discret.Cette thèse montre, en particulier, que les situations adidactiques / didactiques « classiques » ne permettent pas de mettre en œuvre de telles interactions.Nous avons montré, de plus, qu’il y a une forte prégnance du continu dans les conceptions des étudiants et même une résistance à considérer le discret. Nos expérimentations ont été réalisées auprès d’étudiants de Licence mathématiques et de formateurs.Notre première ingénierie aborde l’étude des points entiers d’une droite du plan. Elle a mis en évidence l’obstacle à reconnaître une caractérisation géométrique des solutions de l’équation de Bézout (existence et exhaustivité).Cela montre, que pour franchir cet obstacle de changement de registres, il est nécessaire de proposer un type de situation plus « ouverte » et concernant un problème mathématique épistémologiquement consistant.Dans cette thèse, nous avons étudié la possibilité de faire la dévolution d’un changement de registre arithmétique/géométrie dans le cadre de « Situation Recherche pour la Classe ». C’est un des objectifs de notre seconde ingénierie portant sur l’aire de polygones à sommet entier (en référence au théorème de Pick).Deux pré-expérimentations ont permis de cerner les conditions de prise en compte du registre discret pour une question relevant de la géométrie.Nous avons construit une dernière expérimentation en tenant compte de ces conditions.L’analyse didactique de la situation sur Pick nous permet d’affirmer que, d’une part, le modèle SiRC est adapté à l’ingénierie de situations de changement de registres. D’autre part elle montre aussi que l’arithmétique et la géométrie sont des domaines mathématiques pertinents pour les interactions de registre et le travail sur la preuve et le raisonnement.Parmi les conditions pour une bonne dévolution des changements de registre, la nature de la question joue un rôle essentiel. Nous avons choisi dans l’ingénierie sur le problème de Pick de demander de chercher une « méthode » ou une « formule » sans préciser les variables et les registres concernés.Notre expérimentation a montré que ce type de question a permis le développement de nombreuses stratégies identifiées dans l’analyse mathématique du problème.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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