Antiparallèles concourantes

Bonjour

Un peu de grain à moudre pour les amateurs de calcul complexe, barycentrique ou autres (voire de preuves synthétiques, mais j'ai quelques doutes)

Etant donné un triangle $ABC$ et un point $M$ non situé sur les droites $BC,CA,AB$, on suppose que
le cercle $MBC$ recoupe les droites $AB$ et $AC$ en $a_{b}$ et $a_{c}$
le cercle $MCA$ recoupe les droites $BC$ et $BA$ en $b_{c}$ et $b_{a}$
le cercle $MAB$ recoupe les droites $CA$ et $CB$ en $c_{a}$ et $c_{b}$
et on considère le lieu $\Gamma $ des points $M$ pour lesquels les droites $a_{b}a_{c},b_{c}b_{a},c_{a}c_{b}$ sont concourantes.

Trouver une CNS (très simple) sur le triangle $ABC$ pour que $\Gamma $ soit non vide et, dans ce cas, donner une définition géométrique simple de $\Gamma $ et déterminer le lieu du point de concours $N$ des trois droites.


Question subsidiaire : Montrer que, si $M\in \Gamma $, $N$ est le centre de perspective du triangle cévien de $M$ et du triangle tangentiel.

Amicalement. Poulbot68774

Réponses

  • Bonjour,
    Equation barycentrique: $${a}^{4}{q}^{2}{r}^{2}{\it S_a}+{b}^{4}{p}^{2}{r}^{2}{\it S_b}+
    \,{c}^{4}{p}^{2}{q}^{2}{\it S_c}=0$$ et donc CNS: ABC obtus.

    Problèmes lorsque $M$ sur le circonscrit.

    Cordialement, Pierre.
  • Bonjour Pierre
    et merci pour la condition (par chance pour moi, j'avais trouvé la même).
    En ce qui concerne ton problème avec le cercle circonscrit :
    Il est sous-entendu que les points communs au cercle $MBC$ et à la droite $AB$ sont $B$ et $a_{b}$; en outre les trois droites sont toujours parallèles aux tangentes en $A,B,C$ au cercle circonscrit. Ainsi, on peut supposer que $M$ n'est pas sur le cercle circonscrit ou que, s'il y est, les trois droites sont les tangentes en $A,B,C$ au cercle circonscrit; peu importe, ces $3$ tangentes ayant peu de chances d'être concourantes.
    Amicalement. Poulbot
  • Le triangle anticevien d'un point générique et le triangle cevien d'un point générique sont toujours en perspective. Leur perspecteur est le cevadiv des deux points (on divise le cevien par l'anticevien). On calcule donc $
    \det(cevadiv(M,X(6)),a_b,a_c)=$ $$
    \det \left[ \begin {array}{ccc} -{a}^{2} \left( {a}^{2}qr-{b}^{2}rp-{c}^{2
    }qp \right) &-{a}^{2}qr-{b}^{2}rp+{c}^{2}{p}^{2}+{c}^{2}pr&-{a}^{2}qr+
    {b}^{2}{p}^{2}+{b}^{2}pq-{c}^{2}qp\\ {b}^{2} \left(
    {a}^{2}qr-{b}^{2}rp+{c}^{2}qp \right) &{a}^{2}qr+{b}^{2}rp+{c}^{2}qp&0
    \\ {c}^{2} \left( {a}^{2}qr+{b}^{2}rp-{c}^{2}qp
    \right) &0&{a}^{2}qr+{b}^{2}rp+{c}^{2}qp\end {array} \right]
    $$ et on trouve ${\rm circonscrit} \times {\rm locus}$

    Cordialement, Pierre.68792
  • Bonsoir Pierre
    En suivant ton idée, on peut aussi prouver que, si d'un point $N$ quelconque, on mène l'antiparallèle à $BC$ qui coupe $AB$ et $AC$ en $a_{b}$ et $a_{c}$, ..., le centre radical des $3$ cercles $BCa_{b}a_{c},CAb_{c}b_{a},ABc_{a}c_{b}$ est le produit cévien $K\cdot N$ ($K$ point de Lemoine); il suffit d'écrire l'équation de ces cercles.
    Alors, évidemment, quand les $3$ cercles passent par $M$, ...
    Cordialement. Poulbot
  • Bonsoir,

    Avec Morley circonscrit, le lieu $\Gamma$ de $M$ a pour équation $T_4+T_3+T_2+T_0=0$ avec:

    $T_4=(3s_3+s_1s_2)z^2\overline{z}^2+2s_1z^3\overline{z}+2s_2s_3z\overline{z}^3$
    $T_3=-2z^3-2(s_1^2+2s_2)z^2\overline{z}-2(s_2^2+2s_1s_3)z\overline{z}^2-2s_3^2\overline{z}^3$
    $T_2=2s_1z^2+4s_1s_2z\overline{z}+2s_2s_3\overline{z}^2$
    $T_0=s_3-s_1s_2$

    Cordialement,

    Rescassol
  • Bonsoir Rescassol et merci
    Je présume qu'avec ton équation, il ne doit pas être évident de montrer que ce lieu est non vide si et seulement si $ABC$ est obtusangle (sauf si on arrive à le caractériser géométriquement de façon simple).
    Par contre, le lieu du point $N$ ne devrait pas poser de problème.
    Amicalement. Poulbot
  • Bonsoir,

    En divisant par $s_3$, on a:

    $T_4=(3+s_1\overline{s_1})z^2\overline{z}^2+2\overline{s_2}z^3\overline{z}+2s_2z\overline{z}^3$
    $T_3=-2\overline{s_3}z^3-2(s_1\overline{s_2}+2\overline{s_1})z^2\overline{z}-2(\overline{s_1}s_2+2s_1)z\overline{z}^2-2s_3\overline{z}^3$
    $T_2=2\overline{s_2}z^2+4s_1\overline{s_1}z\overline{z}+2s_2\overline{z}^2$
    $T_0=1-s_1\overline{s_1}$

    $ABC$ est obtusangle si et seulement si $1-s_1\overline{s_1}<0$, mais il n'est effectivement pas évident de lier ça à la non vacuité de $\Gamma$.

    Avoir $N$ n'est pas non plus évident, je verrai demain.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Bonjour
    Revenons à nos moutons initiaux.
    L'équation d'un cercle en barycentriques est $a^{2}yz+b^{2}zx+c^{2}xy-\left( \pi _{A}x+\pi _{B}y+\pi _{C}z\right) \left( x+y+z\right) =0$ où $\pi _{A},\pi _{B},\pi _{C}$ sont les puissances de $A,B,C$ par rapport au cercle.

    Si $M=\left( p:q:r\right) $, le cercle $MBC$ a pour équation $a^{2}yz+b^{2}zx+c^{2}xy-\alpha x\left( x+y+z\right) =0$ où $\alpha =\dfrac{a^{2}qr+b^{2}rp+c^{2}pq}{p\left( p+q+r\right) }$ (puisqu'il passe par $M$).
    On a donc $a_{b}=\left( c^{2}-\alpha :\alpha :0\right) ,a_{c}=\left( b^{2}-\alpha :0:\alpha \right) $ et la droite $a_{b}a_{c}$ a pour équation $c^{2}y+b^{2}z=\alpha \left( x+y+z\right) $.
    En écrivant que cette droite et ses deux sœurs sont concourantes, on trouve l'équation de Pierre $a^{4}S_{a}q^{2}r^{2}+b^{4}S_{b}r^{2}p^{2}+c^{4}S_{c}p^{2}q^{2}=0$.
    Rappel $S_{a}=\dfrac{1}{2}\left( b^{2}+c^{2}-a^{2}\right) =\overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{AC}=bc\cos \widehat{A}=2\Delta \cot \widehat{A}$ où $\Delta $ est l'aire de $ABC$.
    Il est clair que le lieu de $M$ est l'isogonal du cercle polaire d'équation $S_{a}x^{2}+S_{b}y^{2}+S_{c}z^{2}=0$.
    Rappel : le cercle polaire est le seul cercle par rapport auquel $ABC$ est autopolaire; il est centré en l'orthocentre $H$ et est membre du faisceau engendré par le cercle circonscrit et le cercle d'Euler. Il n'est réel que si $ABC$ est obtusangle.
    En tout cas, cela permet une définition géométrique simple et une construction facile du lieu $\Gamma $ de $M$.

    Comment faire maintenant pour trouver (simplement si possible) le lieu du point commun $N$ aux trois droites quand $M$ décrit $\Gamma $?
    Comme on peut le deviner sur la dernière figure de Pierre, il s'agit d'une hyperbole. En fait, elle est centrée au point de Lemoine $K$ de $ABC$ et on pourra en chercher les asymptotes.

    Amicalement. Poulbot
  • Bonjour
    Pour trouver le lieu de $N$, il est bien plus simple, pour éviter des éliminations très pénibles, de prendre le problème à rebours, en oubliant le lieu de $M$.

    Etant donné un point $N=\left( p:q:r\right) $, le cercle $\gamma _{a}$ passant par $B$ et $C$ et recoupant $AB$ et $AC$ en deux points alignés avec $N$ a pour équation $a^{2}yz+b^{2}zx+c^{2}xy-\dfrac{c^{2}q+b^{2}r}{p+q+r}x\left( x+y+z\right) =0$.
    Le centre radical de ce cercle et de ses $2$ confrères est donc $M=\left( \dfrac{1}{c^{2}q+b^{2}r}:\dfrac{1}{a^{2}r+c^{2}p}:\dfrac{1}{b^{2}p+a^{2}q}\right) $ (on retrouve le fait, signalé plus haut, que ce point est le produit cévien $K\cdot N$).
    En exprimant que $M\in \gamma _{a}$, on obtient l'équation du lieu de $N$ :
    $b^{2}c^{2}x^{2}+c^{2}a^{2}y^{2}+a^{2}b^{2}z^{2}-2a^{2}S_{a}yz-2b^{2}S_{b}zx-2c^{2}S_{c}xy=0$.

    Il n'est pas difficile de vérifier qu'il s'agit d'une hyperbole de centre $K$.

    En écrivant l'équation du lieu sous la forme $a^{4}yz+b^{4}zx+c^{4}xy=\left( b^{2}c^{2}x+c^{2}a^{2}y+a^{2}b^{2}z\right) \left( x+y+z\right) $ et en remarquant que la conique $a^{4}yz+b^{4}zx+c^{4}xy=0$ est l'isogonale de la droite $a^{2}x+b^{2}y+c^{2}z=0$, on peut en déduire les asymptotes de l'hyperbole.

    Remarque : C'est un peu plus compliqué à prouver, mais les axes de l'hyperbole sont parallèles aux droites de Simson des points où la droite d'Euler coupe le cercle circonscrit.

    That's all folks! Amicalement. Poulbot68886
    qd3.jpg 107.1K
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.