Incompréhension géométrie élémentaire
Bonjour à tous,
Je bloque sur un exercice tiré d'un livre de MPSI.
$ABC$ étant un triangle quelconque et $\alpha, \beta, \gamma$ trois réels strictement positifs, on pose $G$ le barycentre du système $(A,\alpha), (B,\beta), (C,\gamma).$
1) Montrer que les aires des triangles $GBC$, $GCA$ et $GAB$ sont proportionnelles à $\alpha$, $\beta$ et $\gamma$.
2) Trouver $(\alpha,\beta,\gamma)$ pour que $G$ soit le centre du cercle inscrit dans le triangle $ABC$.
1. De $\alpha.\overrightarrow{GA} + \beta.\overrightarrow{GB} + \gamma.\overrightarrow{GC} = \vec{0}$ on tire pour tout point $M$ du plan : $(\alpha+\beta+\gamma).\overrightarrow{MG} = \alpha.\overrightarrow{MA} + \beta.\overrightarrow{MB} + \gamma.\overrightarrow{MC}$.
Puis lorsque $M=A : \overrightarrow{AG}=\frac{\beta.\overrightarrow{AB} + \gamma.\overrightarrow{AC}}{\alpha+\beta+\gamma}$
Ainsi, $Aire(GAB)=\frac{1}{2}.|det(\overrightarrow{AG};\overrightarrow{AB})|=\frac{\gamma}{\alpha+\beta+\gamma}*\frac{1}{2}.|det(\overrightarrow{AC};\overrightarrow{AB})|=\frac{\gamma}{\alpha+\beta+\gamma}*Aire(ABC)$
On peut refaire la même chose avec les triangles $GBC$ et $GCA$. Je ne comprends pas où est la relation de proportionnalité.
2. Soit $I$ le centre du cercle inscrit et $r$ le rayon de ce cercle. En faisant un dessin, on obtient facilement les aires des triangles $IBC$, $ICA$ et $IAB$ : $Aire(IBC)=\frac{1}{2}*r*BC,\:Aire(ICA)=\frac{1}{2}*r*CA \:et\: Aire(IAB)=\frac{1}{2}*r*AB$
Cela donnerait envie de conclure, en admettant le résultat de la première question, que $I$ est le barycentre de $(A,BC),(B,CA),(C,AB)$ mais encore une fois je ne vois pas où la proportionnalité sachant que $r$ dépend aussi des longueurs des côtés du triangle $ABC$.
Je vous remercie par avance pour vos lumières.
Je bloque sur un exercice tiré d'un livre de MPSI.
$ABC$ étant un triangle quelconque et $\alpha, \beta, \gamma$ trois réels strictement positifs, on pose $G$ le barycentre du système $(A,\alpha), (B,\beta), (C,\gamma).$
1) Montrer que les aires des triangles $GBC$, $GCA$ et $GAB$ sont proportionnelles à $\alpha$, $\beta$ et $\gamma$.
2) Trouver $(\alpha,\beta,\gamma)$ pour que $G$ soit le centre du cercle inscrit dans le triangle $ABC$.
1. De $\alpha.\overrightarrow{GA} + \beta.\overrightarrow{GB} + \gamma.\overrightarrow{GC} = \vec{0}$ on tire pour tout point $M$ du plan : $(\alpha+\beta+\gamma).\overrightarrow{MG} = \alpha.\overrightarrow{MA} + \beta.\overrightarrow{MB} + \gamma.\overrightarrow{MC}$.
Puis lorsque $M=A : \overrightarrow{AG}=\frac{\beta.\overrightarrow{AB} + \gamma.\overrightarrow{AC}}{\alpha+\beta+\gamma}$
Ainsi, $Aire(GAB)=\frac{1}{2}.|det(\overrightarrow{AG};\overrightarrow{AB})|=\frac{\gamma}{\alpha+\beta+\gamma}*\frac{1}{2}.|det(\overrightarrow{AC};\overrightarrow{AB})|=\frac{\gamma}{\alpha+\beta+\gamma}*Aire(ABC)$
On peut refaire la même chose avec les triangles $GBC$ et $GCA$. Je ne comprends pas où est la relation de proportionnalité.
2. Soit $I$ le centre du cercle inscrit et $r$ le rayon de ce cercle. En faisant un dessin, on obtient facilement les aires des triangles $IBC$, $ICA$ et $IAB$ : $Aire(IBC)=\frac{1}{2}*r*BC,\:Aire(ICA)=\frac{1}{2}*r*CA \:et\: Aire(IAB)=\frac{1}{2}*r*AB$
Cela donnerait envie de conclure, en admettant le résultat de la première question, que $I$ est le barycentre de $(A,BC),(B,CA),(C,AB)$ mais encore une fois je ne vois pas où la proportionnalité sachant que $r$ dépend aussi des longueurs des côtés du triangle $ABC$.
Je vous remercie par avance pour vos lumières.
Réponses
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Tu y es presque !
Dans la première question, « en faisant pareil », on voit dans tous les membres de droite le facteur $\dfrac{\mathrm{aire}(ABC)}{\alpha+\beta+\gamma}$. Autrement dit :
\[\frac{\mathrm{aire}(GAB)}{\gamma}=\frac{\mathrm{aire}(GBC)}{\alpha}=\frac{\mathrm{aire}(GCA)}{\beta}\quad\left(=\frac{\mathrm{aire}(ABC)}{\alpha+\beta+\gamma}\right).\]
Si là, tu ne reconnais pas de la proportionnalité, il te demander ce qu'est la proportionnalité.
Le rayon $r$ dépend du triangle mais c'est le même pour les trois aires, c'est la seule chose qui compte. De toute façon, les coefficients que tu cherches sont définis à une constante près (multiplier tous les coefficients par le même scalaire ne change pas le barycentre).
Ton calcul d'aires montre que l'on a :
\[\frac{\mathrm{aire}(IAB)}{AB}=\frac{\mathrm{aire}(IBC)}{BC}=\frac{\mathrm{aire}(ICA)}{CA}\quad\left(=\frac{r}2\right).\]
En rapprochant ces égalités de celles de la question précédente (avec $G=I$ évidemment), il vient... -
Bonsoir
Amusant de voir cette trivialité triangulaire posée en $MPSI$.
Ils ont vraiment du temps à perdre!
En tout cas $NguaPhap$ pourrait se traduire par: Cheval Français, bizarre, à moins que ce soit: Loi du Cheval, encore plus bizarre!
Amicalement
[small]p[/small]appus -
Bonjour Pierre
Tout ce que je voulais dire, c'est qu'il n'y a pas besoin du déterminant pour montrer que les coordonnées barycentriques d'un point $M$ intérieur à un triangle $ABC$ sont proportionnelles aux aires des triangles $BMC$, $CMA$, $AMB$.
Amicalement
[small]p[/small]appus -
Merci beaucoup pour ces explications Math Coss. Effectivement cela remet en cause ma compréhension de la proportionnalité. Pour moi il s'agissait uniquement du rapport entre deux quantités qui est constant, c'est-à-dire indépendant des deux quantités proportionnelles...
Pappus il s'agit bien de Cheval Français ! -
Bonjour,
Pour la proportionnalité,on peut aussi montrer simplement que $\begin{align}
G_1:=bar \{(B,\beta),(C,\gamma)\}&=& &bar \{(B,G_1C),(C,G_1B)\}&\\
&=& &bar \{(B,Aire(G_1AC),(C,Aire(G_1AB)\}&\\
&=& &bar \{(B,Aire(GAC),(C,Aire(GAB)\}& \end{align}$, sur de simples arguments de proportionnalités.Et on refait la même chose avec $(A,\alpha) \leftrightarrow (B,\beta)$.
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Bonjour!
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