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Un petit jeu de saute-mouton

Bonjour,

on considère trois moutons A,B,C (ie trois points distincts du plan) qui jouent à saute-mouton de la manière suivante : A saute par-dessus B, B par dessus C et C par dessus A, et ainsi de suite jusqu'à la fin des temps. Après un saut, un mouton se retrouve dans la position symétrique par rapport à celui au-dessus duquel il saute (ie symétrie centrale).

A quelle condition nécessaire et suffisante portant sur leurs positions initiales peut-on garantir que les 3 moutons vont rester dans une partie bornée du champ (ie du plan) ?

Réponses

  • si et seulement si leur image par toute forme linéaire est bornée ?

    (en d'autres termes, c'est de la "fausse" géométrie plane.)
  • C'est une affaire de diagonalisation. On trouve le Nombre d'Or.
  • Que $B$ soit le barycentre de $(A,2)$ et $(C,1+\sqrt{5})$.
  • Bonjour
    La seule difficulté de cet exercice est la formation de cette matrice de taille $3$ et de voir le rapport de la question demandée avec sa diagonalisation.
    Bien sûr la très grande majorité des taupins diagonalisera cette matrice sans problème mais combien auront été capables de la former puis de résoudre le problème demandé, certainement beaucoup beaucoup moins!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour Pappus,

    pourquoi tu nous parles des taupins ?
  • Bonjour Magnéthorax
    Simplement parce que ce problème est tout à fait dans leurs cordes et pourrait être posé à l'occasion de l'oral d'un grand concours.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • En fait, je connaissais déjà ce problème, qui m'avait été communiqué par un collègue professeur en PC il y a deux ou trois ans. Il est donc sans doute déjà dans les annales des concours. J'ai quelque part une rédaction de sa solution, mais rogntudju !, pas moyen de la retrouver !
    Formule de démarrage : $a_{n+1}=2b_{n}-a_{n}, b_{n+1}=2c_{n}-b_{n}, c_{n+1}=2a_{n+1}-c_{n}$.
    Il faut bien observer que quand le dernier saute par-dessus le premier, celui-ci a bougé.
    Il en résulte : $a_{n+1}=-a_{n}+2b_{n}, b_{n+1}=- b_{n}+2c_{n}, c_{n+1}=-2a_{n}+4b_{n}-c_{n}$.
    D'où la matrice. Comme il arrive souvent, elle a $1$ pour valeur propre, et elle se diagonalise donc facilement, même sans aide électronique.
    Bonne journée.
    Fr. Ch.
  • Et imaginons à présent des moutons en dimension $n$ :-P
  • Bonjour
    La difficulté de ce problème est de passer de sa formulation géométrique à sa formulation algébrique comme Chaurien vient de si bien le faire.
    Quant à la formulation géométrique de la solution en termes de barycentres de GaBuZoMeu, je me demande si nos braves taupins savent encore ce qu'est un barycentre! Leur a-t-on appris la notion d'espace affine, je l'espère mais j'en doute!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Ce n'est pas la dimension qu'il faut généraliser, car cela ne change rien.

    C'est le nombre de moutons qui participent à cette chaîne de saute-moutons.

    Bon essentiellement, ça change juste la matrice "compagnonoïde" dont on étudie la dynamique.
  • Avec $n$ moutons, la matrice de transition à itérer s'écrit :
    $T_n = - I_n + 2 \cdot C_n$

    avec $C_n$ la matrice compagnon du polynôme
    $P_n = X^n - 2X +1 = X \cdot (X^{n-1} - 1) - X-1$.

    On peut le factoriser par $X-1$, et il reste : $P_n = (X-1) \cdot (X^{n-1} + X^{n-2} + \dots + X^2 + X - 1)$.

    Les vp de nos moutons sont donc : $2 \times (\text{racines de } P_n ) - 1$.
    (J'avoue ne pas savoir conclure : combien de ces vp sont $|\lambda|<1$...)
  • Pappus : pour ma part, je ne dirais pas que la seule difficulté, c'est l'idée d'une matrice. Si tu restes dans une optique d'évaluer ça par rapport au monde taupinal (dans lequel le calcul assisté durant une épreuve n'est pas encore dominant), tu admettras que les calculs ne sont pas triviaux.
  • Bonjour
    Il est vrai que j'ai quitté le monde taupinal, il y a longtemps, trop longtemps et je suis sans doute déconnecté de la réalité.
    La partie géométrique de cet exercice n'est difficile que parce que la géométrie a disparu.
    Je ne dirai rien du dévissage de cette matrice qui me semble standard mais évidemment il y aura du déchet à ce niveau.
    Une fois le dévissage correctement achevé, il reste à l'utiliser en vue de résoudre la question demandée, là aussi il y aura pas mal de déchet.
    Enfin formuler le résultat obtenu de façon géométrique à la manière de GaBuZoMeu n'est pas si évident non plus.
    Bref c'est un exercice intéressant pour départager les candidats.
    J'aime bien la généralisation de Marsup!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour Pappus,

    déterminer une base propre avec des coefficients pas trop laids pour réaliser le produit matriciel lié au changement de base mettrait plus d'une personne à l'amende en temps limité. Moi le premier.

    Ceci dit, ce n'est pas l'intérêt de cet exercice, on est d'accord.

    Je n'ai pas encore réfléchi à la généralisation à plus de 3 moutons mais c'est une bonne idée de s'y pencher.
  • Mon cher Magnéthorax
    Je ne pense pas qu'on doive exhiber une base de diagonalisation sauf si l'examinateur le demande expressément.
    On calcule le polynôme caractéristique puis ses trois racines qui sont distinctes deux à deux.
    Déjà on sait que la matrice est diagonalisable.
    Une seule racine est en module strictement inférieur à $1$ et seul le calcul de son sous-espace propre importe. Ce n'est pas la mer à boire.
    La généralisation de Marsup me semble plus intéressante car il y a plus de valeurs propres dont il faut savoir celles qui sont situées à l'intérieur du cercle unité.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
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