Lignes de niveau (suite)

Bonjour
Il s'agit d'une tentative de généralisation du fil Lignes de niveau initié par Pappus, que je salue respectueusement et amicalement.

On désignera par $\left( O\right) $ le cercle circonscrit au triangle $ABC$ (centre $O$)

$u,v,w$ étant trois réels non nuls, on désigne par $\omega $ le point de coordonnées barycentriques $\left( u:v:w\right) $, par $\Omega $ son conjugué isogonal par rapport à $ABC$ et on considère la fonction numérique $F:M\rightarrow u.d\left( M,BC\right) ^{2}+v.d\left( M,CA\right) ^{2}+w.d\left( M,AB\right) ^{2}$.

$1)$ On suppose ici que $\omega \notin \left( O\right) $
Montrez que les lignes de niveau de $F$ sont des coniques homothétiques de centre $\Omega $ dont on discutera la nature.
Que dire de ces lignes de niveau si $\omega =O$?
Quels sont leurs axes si $\omega \neq O$?

$2)$ Montrez que les lignes de niveau de $F$ sont des hyperboles équilatères si et seulement si $u+v+w=0$.
Dans ce cas, déterminer la ligne de niveau $F^{-1}\left( 0\right) $ - d'après $1)$, les autres sont ses images par les homothéties de centre $\Omega $ -

$3)$ On suppose ici que $\omega \in \left( O\right) $.
Montrer que $F^{-1}\left( 0\right) $ est une parabole inscrite dans le triangle médial dont on précisera le foyer et la directrice.
Quelles sont les autres lignes de niveau de $F$?

Toute question supplémentaire est le bienvenue.

Amicalement. Poulbot

Réponses

  • Merci Poulbot pour cette très jolie généralisation qui éclaire d'un jour nouveau le cas particulier que j'avais proposé!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour
    Quelques réponses (sans justification)
    $1)$ Les lignes de niveau sont des ellipses si $\omega $ est intérieur à $\left( O\right) $, des hyperboles s'il est extérieur.
    Si $\omega =O$, ce sont des cercles de centre $H$.
    Sinon, leurs axes sont parallèles aux droites de Simson des points communs à $\left( O\right) $ et à la droite $O\omega $.
    $2)$ Si $u+v+w=0$, $F^{-1}\left( 0\right) $ est l'hyperbole équilatère de centre $\Omega $ passant par les centres des cercles inscrits et exinscrits à $ABC$
    $3$ Si $\omega \in \left( O\right) $, le foyer de $F^{-1}\left( 0\right) $ est le complément de $\omega $ et la directrice la droite de Steiner de $\omega $ par rapport au triangle médial (elle passe par $O$).
    Les autres lignes de niveau sont les images de $F^{-1}\left( 0\right) $ par les translations parallèlement à son axe
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot.
    C'est ce que j'avais moi même vérifié hier soir avant d'aller dormir et de me préparer à mon retour dans ma yourte!
    Au total, un très joli exercice mariant harmonieusement le calcul différentiel et la géométrie du triangle.
    Inutile de dire que cette harmonie est rédhibitoire pour qu'il soit un jour proposé à la sagacité de nos futurs enseignants dont on commence à se demander s'il leur restera bientôt quelque chose à enseigner!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
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