Lignes de niveau

Bonjour
Je ne sais pas si le scénario suivant est possible et même s'il existe déjà.
Il existerait une épreuve de géométrie sur ordinateur.
Les étudiants seraient assis devant leurs consoles et devraient résoudre l'exercice suivant:
On se donne un triangle $ABC$ et un point $P$.
On considère la fonction numérique: $f:M\longmapsto d(M,BC)^2+d(M,CA)^2+d(M,AB)^2$, construire la ligne de niveau passant par $P$.
Je suppose que l'exercice est d'autant plus facile que le logiciel est plus sophistiqué.
Je demande donc d'abord une construction basée sur les outils géométriques dont dispose le logiciel mais je suis aussi intéressé par toute autre construction plus sophistiquée!
Amicalement
[small]p[/small]appus67166

Réponses

  • Bonjour
    Pour être gentil, j'ai même dessiné plusieurs lignes de niveau, facile une fois qu'on a créé la macro!
    On devine qu'il s'agit d'ellipses concentriques ayant même centre $K$.
    Encore faut-il le montrer et cela ne fait pas progresser beaucoup le schmilblic de la construction!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus67170
  • Bonjour,

    Soient $f(z)=\overline{s_2}z^2 + 6z\overline{z} + s_2\overline{z}^2 - 4\overline{s_1}z - 4s_1\overline{z} + (s_1\overline{s1} + 3)$.et $P(p)$
    Tes lignes de niveau ont alors pour équations $f(z)=f(p)$ avec Morley circonscrit.

    Cordialement,

    Rescassol

    Edit: J'ai oublié de dire que $K$ est bien sûr le point de Lemoine du triangle $ABC$.
  • Mon ordinateur me dit que le point de Lemoine est le perspecteur de la conique circonscrite qui détermine la métrique. Plus cela change, plus le perspecteur reste. Quant à la fonction sophistiquée, c'est la fonction grep. Et les étudiants entonnent en choeur: mémoire, tu te souviens!

    Cordialement, Pierre.
  • Bonjour
    Ces lignes de niveau ayant pour équation barycentrique $\dfrac{x^{2}}{a^{2}}+\dfrac{y^{2}}{b^{2}}+\dfrac{z^{2}}{c^{2}}=\lambda \left( x+y+z\right) ^{2}$, sont bien des ellipses homothétiques de centre $K$.
    Rescassol devrait nous trouver rapidement leurs axes (qui ont un rapport certain avec les points où la droite d'Euler coupe le cercle circonscrit)
    Un peu plus délicat : leur excentricité commune devrait être $\sqrt{2\dfrac{OH}{OH+3R}}$.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Pierre.
    Tu sais depuis longtemps que je suis un béotien en informatique!
    Je ne connais pas la fonction grep! snif et resnif!
    Que fait-elle exactement?
    En tout cas le centre commun est effectivement le point de Lemoine.
    Cela se voit sur les équations de Poulbot que je remercie.
    C'est déjà un premier pas dans cette construction, le second mais pas le dernier étant celle des axes communs de ces ellipses homothétiques!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour
    J'indique comment construire les axes car ce n'est pas évident.
    Peut-être y-a-t-il plus simple?
    Poulbot nous le dira!
    Ce sont les droites invariantes de l'application affine envoyant le triangle $ABC$ sur son triangle orthique, laquelle application est orthologique comme il se doit!
    Mais je ne vois pas pour le moment leur rapport avec la droite d'Euler!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour Pappus
    "Poulbot nous le dira!"
    Sauf erreur de ma part, les points à l'infini des axes sont les isogonaux des points où la droite d'Euler coupe le cercle circonscrit (les axes sont parallèles aux droites de Simson de ces $2$ points)
    Amicalement. Poulbot
  • Bonjour,

    Poulbot, tu veux dire que les axes de ces ellipses sont les parallèles passant par le point de Lemoine $K$ aux droites de Simson des points d'intersection de la droite d'Euler et du cercle circonscrit ?
    Il me semble qu'on les a déjà rencontrées.

    Cordialement,

    Rescassol

    Edit: Grillé, tu ne m'a même pas laissé le temps de répondre .....
  • Merci Poubot
    En vérité,en vérité, tu nous le dis!
    Je viens de vérifier et c'est exact.
    Il faudrait faire un petit topo sur le lien entre nos deux points de vue!
    Cela donne une construction plus simple que la mienne de ces axes car construire les droites invariantes d'une application affine, ce n'est pas de la tarte, même si j'ai dû donner cette construction ici il y a bien des années!
    En tout cas, j'ai une macro qui fait ce sale boulot!
    Faisons le point.
    On a le centre: le point de Lemoine $K$, les axes par ta construction.
    Il ne reste plus qu'à utiliser le point $P$, bien sûr mais comment?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Merci Rescassol
    Bien sûr, il est facile d'écrire la fonction mais ce qui m'intéresse est de tracer sur l'écran les lignes de niveau de préférence par des considérations géométriques sans utiliser l'écriture de la fonction.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonsoir
    Voici le raisonnement que je me suis tenu pour arriver à cette histoire de triangle orthique.
    Soit $f(M)=d(M,BC)^2+d(M,CA)^2+d(M,AB)^2$
    On sait que $f$ est polynomiale de degré $2$ et qu'elle atteint son minimum au point de Lemoine $K$.
    On a donc: $f(M)=f(K) +q(\overrightarrow{KM})$ où $q$ est une forme quadratique définie positive.
    Soit $u$ l'opérateur symétrique associé à $q$.
    On a donc: $q(h)=\langle u(h)\vert h\rangle$
    Par suite $grad(f)(M)=2u(\overrightarrow{KM})$
    Mais si $PQR$ est le triangle podaire de $M$, on a aussi:
    $grad(f)(M)=2(\overrightarrow{PM}+\overrightarrow{QM}+\overrightarrow{RM})$
    Soit $A'B'C'$ le triangle orthique.
    On a: $grad(f)(A)=2\overrightarrow{A'A}$, $grad(f)(B)=2\overrightarrow{B'B}$, $grad(f)(A)=2\overrightarrow{C'C}$
    Soit $g(M) =M -\dfrac 12 grad(f)(M)=M-u(\overrightarrow{KM})$
    Il est clair que $g$ est affine
    $g$ transforme le triangle $ABC$ en son triangle orthique et que $g(K)=K$.
    Enfin, l'égalité $\vec g=Id -u$ prouve qu'en vectorialisant en $K$, les droites invariantes de $g$ sont exactement les sous-espaces propres de $u$ orthogonaux d'après le théorème spectral.
    J'ai remarqué qu'après avoir évoqué le théorème spectral, on se sent toujours mieux, bizarre, bizarre!!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    @Poulbot
    Je serais intéressé par une preuve de cette isogonalité!
  • Bonjour Pappus
    Je n'ai rien fait, sinon avoir dans mes archives que l'application affine $\varphi $ qui à $M$ associe le centre de gravité de son triangle podaire a $K$ pour point fixe et que les points à l'infini de ses axes sont les isogonaux des points communs au cercle circonscrit et à la droite d'Euler (ce sujet avait été abordé sur ce forum mais je suis, comme toujours, incapable de retrouver le fil correspondant)
    Mais, il est plus simple d'utiliser ce que tu as dit et ton application $g$ qui a les mêmes axes puisque $\overrightarrow{Mg\left( M\right) }=3\overrightarrow{M\varphi \left( M\right) }$.
    On a $g\left( x:y:z\right) =\left( \dfrac{S_{C}}{b^{2}}y+\dfrac{S_{B}}{c^{2}}z:...\right) $; il suffit alors de vérifier, en prenant par exemple $U=\left( -t-1:1:t\right) $, que si $U$ est à l'infini, alors $g\left( U\right) =U$ si et seulement si l'isogonal de $U$ est sur la droite d'Euler.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot
    On a donc le centre $K$ et les axes.
    Si on se donne en plus le point $P$, on connait le gradient $grad(f)(P) =\overrightarrow{P_AP}+\overrightarrow{P_BP}+\overrightarrow{P_CP}$ où $P_AP_BP_C$ est le triangle podaire de $P$.
    Il ne devrait être plus très difficile de construire la ligne de niveau passant par $P$, oui mais comment?.
    C'est là qu'une petite lecture du Lebossé-Hémery s'impose!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus67194
  • Re-bonjour Pappus
    Il devrait être possible de trouver un cinquième point d'une ellipse dont on connaît $4$ points et leurs tangentes; mais il faut le faire à la sauce LH.
    Je ne sais pas si le résultat (immédiat) suivant figure dans LH (mais je l'espère) :
    $O$ étant le centre de l'ellipse, $S$ un sommet, $U$ la projection de $P$ sur l'axe $OS$ et $V$ le point où la tangente en $P$ coupe cet axe, on a $\overline{OU}\cdot \overline{OV}=OS^{2}$.
    Ce qui permet ici de construire n'importe quel sommet.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot
    On peut aussi passer par les foyers!
    $OF^2=OF'^2=\overline{ON}.\overline{OT}$, etc...
    Ouf, cette construction de lignes de niveaux est maintenant terminée!
    Il faut quand même rassurer la population: jamais une telle épreuve de géométrie sur ordinateur n'existera et la seule conique qu'ont pourrait être amené à tracer sur son écran est le cercle, trigonométrique évidemment!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus67200
  • Bonjour,

    Voilà quand même le fichier Géogébra avec la construction passant par l'équation.

    On peut bouger $A,B,C,P$.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Merci Rescassol
    A moi qui ne connait pratiquement rien de Geogebra, peux-tu m'indiquer les outils de Geogebra que tu as utilisés pour tracer la ligne de niveau.
    Obtenir l'équation n'est pas si facile que cela mais ensuite que faut-il faire?
    Trouver un cinquième point comme le suggère Poulbot?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour Pappus,

    A partir de l'équation complexe, j'ai obtenu une équation cartésienne de l'ellipse dans le cas particulier où le point $P$ est en $O$ (annulation du terme constant et partie réelle de l'équation, la partie imaginaire fonctionnant également). J'ai tracé cette ellipse (Géogébra comprend les équations implicites algébriques).
    J'ai tracé la droite $(KP)$, construit $Q$, un des point d'intersection de cette droite et de l'ellipse passant par $O$, défini le rapport d'homothétie $rap=\dfrac{KP}{KQ}$, et demandé à Géogébra de me tracer l'image de l'ellipse passant par $O$, par l'homothétie de centre $K$ et de rapport $rap$.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Merci Rescassol!
    Il y a quand même de la géométrie mais beaucoup moins que dans ma méthode.
    Le logiciel idéal serait celui où tu rentres le repère et l'équation et où tu appuies sur la touche Entrée.
    Je devine que Sage doit pouvoir faire cela!
    Quand j'étais en Taupe, j'aurais bien été incapable de tracer la moindre de ces fichues ellipses!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Re-bonjour Pappus
    j'ai choisi les sommets plutôt que les foyers car, poissard comme je suis, j'aurais pris le mauvais axe au départ et aurais été obligé de recommencer.
    Amicalement. Poulbot
  • Bonjour Poubot
    Si tu te donnes le centre, les axes, un point $P$ et sa normale, comment peux-tu prévoir quel sera l'axe focal?
    Je trouve que ta méthode est meilleure!
    On peut aussi construire un cinquième point via le théorème de Pascal.
    Il serait intéressant de voir ce qui se passe quand on se donne le centre, les axes et le point $P$ et qu'on fait tourner la normale autour de $P$.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
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