Pour se détendre, hop, un problème de prisonniers (rappelé par le logicien J.Y. Girard au passage dans un article « Science et obscurantisme »). Deux prisonniers, seul l'un d'entre eux aura la vie sauve s'il répond correctement. Ils ont chacun un point - blanc ou noir - sur le front, ils voient la couleur du point sur le front du collègue mais pas sur le leur, et ils savent qu'au moins un des deux points est blanc. Donc la vie sauve pour celui qui devine quelle est la couleur de son point. On commence par le prisonnier A. Il passe car il a vu un point blanc sur le front de son collègue et donc ne peut conclure. Le prisonnier B, voyant que son collègue passe, en déduit que son propre point est blanc et gagne la vie sauve. Mais le sel de l'histoire est dans la variante : le prisonnier A passe, B dit que son propre point est blanc (comme ce qui précède) mais est néanmoins exécuté... parce que A est un crétin qui a vu un point noir sur le front de l'autre, mais n'a pas su conclure : la vie sauve pour A, ou la prime à la c..., en quelque sorte.

Ce premier billet de chemin le plus court posté le vendredi précédent les vacances scolaires parisiennes a déchaîné les discussions, j’en suis heureux, et a conduit aux deux solutions, l’une cartésienne et lourde proposée par moi, l’autre euclidienne et légère proposée par les fidèles lecteurs. Je termine (provisoirement ?) ce cycle de « chemins le plus court » avec celui du maître-nageur, que nous a rappelé Benjamin en commentaire, et que j’avais en tête en entamant ce cycle.

Ce chemin n’est pas la ligne droite AB (il court trop peu longtemps et nage trop longtemps), ce n’est pas non plus la ligne ACB où on maximise la distance sur le sable (dans ce cas, la distance totale est trop grande). Ce chemin est entre les deux, c'est le chemin AMB donné par l’angle i tel que sin i = V/v  sin r (de C à la ligne droite, le rapport sin r / sin i varie de 0 à 1, donc on est assuré qu'il prend la valeur v/V, inférieure à 1).

On le démontre facilement avec la démonstration cartésienne lourde; le temps total s'écrit, en reprenant les notations du billet précédent :

T = AM / V + MB / v =  (x² + a²)^1/2/ V + [(L-x)² + b²]^1/2/ v, en dérivant par rapport à x, le minimum est atteint pour :

x / (V×AM) = (L-x) / (v×MB), ou en d’autres termes OM/ (V × AM) = MC / (v × MB) ; on retrouve une égalité de triangles semblables, à la vitesse près de part et d’autre.

Or sin i = OM / AM, et sin r =  MC / MB, on retrouve sin i  / V = sin r  / v, c'est le principe de Fermat- Descartes de la réfraction, n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂ (dans notre cas l'inverse des vitesses dans chaque milieu est l'équivalent de l'indice de réfraction, ce qui est cohérent avec v_lumière = c / n dans un milieu d'indice n).