L'utilisation du logiciel

Bonjour
Aujourd'hui je voudrais insister sur l'importance du logiciel dans la résolution d'un problème de géométrie.
C'est toujours Poulbot qui a été la source de mon inspiration.
Je me suis posé la question suivante:
Déterminer les triangles $ABC$ inscrits dans une parabole $\Pi$ et d'orthocentre donné $H$.
Vous n'êtes pas spécialement bon en géométrie (synthétique) et en fait vous n'y connaissez rien et vous détestez les calculs qui, vous le savez seront difficiles puisque ce seront des calculs euclidiens mais à force de manipuler votre logiciel, vous êtes devenu très très doué dans son utilisation.
Vous n'avez absolument aucune idée du résultat et pourtant au bout d'un temps raisonnable, vous produisez la figure suivante.
Comment vous y êtes vous pris?
Amicalement
[small]p[/small]appus
PS
Notez les bavures de l'ellipse. C'est bien une enveloppe que le logiciel a tracé tant bien que mal et plutôt mal que bien.
Mais vous améliorerez cette figure grandement par la suite puisque maintenant vous connaissez le résultat74450

Réponses

  • Bonjour pappus,

    On se donne $A\in\Pi$ qui se paramètre facilement.
    Peut-on demander à ton logiciel de trouver $B,C\in\Pi$ tels que $BC\perp AH$ et $CH\perp AB$ ?
    Si oui, il ne reste plus qu'à demander l'enveloppe des droites $BC$ qui est manifestement une ellipse passant par $H$.
  • Mon cher Gai Requin
    Ce n'est pas comme cela que cela se passe!
    Tu peux demander poliment tout ce que tu veux à ton logiciel mais je doute qu'il te réponde.
    Effectivement tu te retrouves avec ta parabole $\Pi$, ton point $H$ et un point $A$ quelconque sur la parabole et tu désires construire un triangle inscrit $ABC$ dont $H$ soit l'orthocentre et là tu es bien embêté!
    Tu sais quand même que le côté $BC$ est orthogonal à $AH$, c'est déjà une petite consolation mais il faut aller plus loin.
    Tu peux procéder par essai et erreur.
    Tu prends un point $m$ sur la droite $AH$.
    Tu traces la perpendiculaire en $m$ à la droite $AH$ qui coupe la parabole en $b$ et $c$.
    Tu traces l'orthocentre $h$ du triangle $Abc$ et tu croises les doigts en espérant que $h=H$.
    Evidemment $h\not= H$.
    Alors tu recommences. Comme tu disposes d'un logiciel de géométrie dynamique, tu vois bien que tu obtiens une correspondance $m\iff h$ sur la droite $AH$.
    Si tu pouvais savoir quelle est cette correspondance, tu serais sauvé.
    Et justement le logiciel te permet de deviner quelle est cette correspondance.
    Trace le cercle de diamètre $mh$ et demande au logiciel de tracer l'enveloppe de ce cercle quand $m$ se déplace sur la droite $AH$.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74460
  • Geogebra ne parvient pas à tracer l'enveloppe du cercle de diamètre $mh$ ! (td)
  • Bonjour Gai Requin
    Heureusement le vieux [small]p[/small]appus est là avec son logiciel pas si démodé que cela!
    Voici ma figure et maintenant, maintenant, il faut en tirer les conclusions qui s'imposent!
    Amicalement
    [small]p[/small]ppus74462
  • J'avais réussi au pifomètre en observant que $m$ est l'image de $h$ par une homothétie $f$ de centre $A'$ et de rapport $k$ que Geogebra peut calculer.
    On choisit alors $M$ sur $AH$ tel que $f(H)=M$. Ouf !
    Mais ensuite, impossible d'avoir l'enveloppe de la droite $BC$. Damned !!!
  • Bonjour
    La parallèle à l'axe passant par le symétrique de $A$ par rapport à l'axe coupe $BC$ en un point dont le lieu semble très sympathique.
    Amicalement. Poulbot
  • Le lieu de poulbot. (tu)74466
  • Bonjour
    Bravo Gai Requin.
    Effectivement on passe de $h$ à $m$ par une homothétie de centre $A’$ dont on peut facilement calculer le rapport.
    On fait ensuite opérer cette homothétie sur $H$ pour obtenir la droite $BC$ dont on peut demander l’enveloppe au logiciel qui trace cette ellipse bien baveuse. On verra par la suite comment affiner ce résultat.
    Juste un petit mot sur l’astuce de Poulbot. Je savais bien qu’il nous sortirait un petit tour de son sac à malices et il est vrai que sa remarque simplifie la construction de la droite $BC$ si on sait construire sa droite auxiliaire. On verra plus tard comment elle s’inscrit dans la configuration.
    Ma démarche est tout sauf astucieuse, j’essaye simplement de rester scotché à la figure qu’il s’agit d’affiner maintenant.
    Le premier boulot est de comprendre pourquoi $H$ appartient à l’enveloppe.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour à tous,

    J'ai complété ta figure, pappus, mais j'ai, comme d'habitude, un train de retard...

    Amicalement.74474
  • Bonjour
    C'est exactement la même figure mais j'ai fait quelques petits changements cosmétiques.
    Sur l'enveloppe baveuse, j'ai choisi cinq points autres que $H$ et j'ai tracé la conique passant par ces cinq points.
    On constate qu'elle coïncide parfaitement avec l'enveloppe, ce qui est bon signe.
    J'ai caché l'enveloppe et les cinq points et je me retrouve seul avec ma conique inscrite que j'épaissis et colorie en rouge.
    D'une figure à l'autre apparemment rien de changé sauf que l'ellipse n'est plus baveuse et que c'est bien une ellipse et plus une enveloppe pour le logiciel.
    Quand on demande au logiciel si $H$ appartient à la conique, il répond oui, ce qui encore bon signe.
    Donc il faut absolument expliquer ce phénomène puis construire vraiment la conique obtenue à partir des données $\Pi$ et $H$.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74494
  • Re-bonjour
    Quelques remarques, que j'ai vérifiées par le calcul avec $F=\left( \dfrac{p}{2},0\right) ,H=\left( h1,h2\right) ,A=\left( \dfrac{a^{2}}{2p},a\right) $.
    Le centre de la conique de Pappus (qui n'est une ellipse que si $H$ est intérieur à la parabole) est $O=\left( h_{1}+p,0\right) $; mon point de tout à l'heure (voir la figure de gai requin) est $D=\left( h_{1}+2p,-a\right) $.

    La droite $BC$ est la perpendiculaire menée de $D$ à $AH$ et son point de contact avec la conique est aussi sur la parallèle menée de $H$ à $OD$. Le point $H$ est la position limite de ce point de contact quand $A$ part très loin.

    Les axes de la conique ont même direction que les bissectrices de l'axe de la parabole et de la droite $FH$.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot
    J'expliquerai comment j'ai retrouvé certains de tes résultats en utilisant le logiciel.
    Amicalement
    Poulbot
  • Bonsoir
    Comme Poulbot l'a suggéré, j'ai fait tendre $A$ vers le point à l'infini de l'axe de la parabole $\Pi$.
    Le cercle circonscrit au triangle $ABC$ se confond alors avec la droite $BC$. Comme le symétrique de $H$ par rapport à $BC$ doit se trouver sur le cercle circonscrit, ceci entraîne que $H\in BC$.
    $H$ est donc le point de contact de $BC$ avec la conique et on obtient la figure ci-dessous.
    On obtient ainsi un renseignement supplémentaire: les parallèles à l'axe passant par $B$ et $C$ sont tangentes à la conique.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74502
  • Bonne Nuit
    Venons en au point suivant: le centre $\Omega$ de la conique.
    Comme on dispose de deux tangentes parallèles symétriques par rapport à l'axe, on sait que $\Omega$ appartient à l'axe.
    Comme je dispose d'une macro me donnant le centre d'une conique, je l'utilise et comme un petit diable sortant de sa boite, le point $\Omega$ apparaît sur l'axe.
    Mais comment dépend-il du point $H$?
    Alors j'ai eu l'idée de déplacer $H$ sur une droite perpendiculaire à l'axe et à ma grande surprise j'ai constaté que le centre $\Omega$ restait fixe.
    J'ai donc déplacé $H$ jusqu'à ce qu'il soit sur la parabole et on est ramené à chercher les triangles $ABC$, rectangles en $A$ dont le sommet $A$ est fixe et les points $B$ et $C$ variables.
    C'était dans un autre siècle une configuration fort connue, l'hypothénuse $BC$ passe par un point fixe $\Phi$, appelé point de Frégier dont j'ai suggéré la construction; il est situé sur la normale en $A$ à la parabole.
    La conique (tangentielle) se décompose en deux points, les points $A$ et $\Phi$ et le centre de cette conique (tangentielle) est tout bêtement le milieu $\Omega$ de $A\Phi$.
    Maintenant d'après la défunte propriété de la sous-normale: $\overrightarrow{TF}=\overrightarrow{K\Omega}$
    C'est une des propriétés trouvées par Poulbot!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74504
  • Bonne Nuit
    Bingo, maintenant qu'on connait le centre, on peut faire la symétrie de ce qu'on sait déjà de la conique par rapport à ce centre et on voit apparaître notre conique inscrite dans un rectangle avec le point de contact $H$ à la clé.
    On sait (ou plutôt on savait) que c'est plus que suffisant pour tracer la conique.
    J'ai suggéré en rouge une construction des points de contact à partir de $H$ qui est en fait une simple transposition de celle de Poulbot.
    Maintenant qu'on a tiré tout ce qu'on pouvait du logiciel et seulement maintenant, on peut commencer les calculs d'un coeur léger!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    Petite niche: où se trouve la droite de Poulbot sur ma figure?
    Il suffit de le lire attentivement!74508
  • Bonne Nuit
    Quand c'est fini, n.i, ni, ni, ça recommence!
    Pour les amoureux de la géométrie synthétique, la seule , la vraie, l'unique, déterminer les triangles $ABC$ inscrits dans la parabole $\Pi$ dont l'orthocentre est le foyer $F$ de la parabole.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74510
  • Bonne Nuit
    Voici une indication amusante!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74512
  • Je me suis amusé à comprendre la figure pour retrouver la droite de poulbot.
    Bonne nuit !74514
  • Bonjour,
    La construction ne pose pas de problème si $H$ est à l'extérieur de $\Pi$. (tu)74520
  • Bonjour Gai Requin
    Oui, tu as raison. La droite de Poulbot est bien celle que tu as dite.
    Je l'ai tracée en rouge sur ma figure.
    Maintenant que tu nous as exhibé des coniques qui sont des hyperboles, peux-tu nous trouver le lieu de $H$ dont la conique associée est une hyperbole équilatère?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74522
  • Bonjour
    Autrement dit est-il possible d'inscrire une hyperbole équilatère dans un rectangle?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonne question mon cher pappus !

    J'ai l'impression que la seule possibilité est que $H$ soit très très loin sur la droite $\Delta$. :-S
  • Mon cher Gai Requin
    En général quel est le cercle orthoptique de la conique?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Je vais regarder.
    C'est dommage d'en savoir si peu sur les coniques... (td)
  • Bonsoir gai requin
    Je pense que Pappus veut te dire que le lieu de $H$ dont la conique associée est une hyperbole équilatère est le cercle orthoptique de la parabole qui, en l'occurrence, a un rayon très très grand. L'hyperbole équilatère est alors centrée en $F$.
    Amicalement. Poulbot
  • Mon cher Gai Requin
    Tout ce qu’on te demande, c’est de savoir les classifier, le reste n’a strictement aucune importance!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Suis-je donc fou de les classifier en comptant leur nombre de points à l'infini ?
    En même temps, comme on ne me demande plus rien depuis très longtemps, je fais un peu comme je veux.
  • Bonne Nuit
    La figure ci-dessous résume plus ou moins la construction de Poulbot de la droite $BC$ et de son point de contact $\alpha$ quand on se donne le point $A$ sur la parabole.
    J'ai tracé en bleu le cercle orthoptique de la conique. C'est tout simplement le cercle circonscrit au rectangle de centre $\Omega$, tangent à la conique.
    Pour des raisons de défunte sous-normale, c'est le cercle de centre $\Omega$ bitangent à la parabole.
    Comme le cercle orthoptique d'une hyperbole équilatère est un peu rikiki, réduit qu'il est à son centre, la conique enveloppe des côtés du triangle $ABC$ aurait du mal à être une hyperbole équilatère sauf peut être si $\Omega =F$, auquel cas $H\in \Delta$, la directrice de la parabole comme l'a dit Poulbot mais là la conique n'est pas réelle.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus74556
  • Mon cher Gai Requin
    Ce n'est pas toi qui est fou mais bien ceux qui ont réduit la théorie des coniques à leur classification!
    Il reste à rédiger une solution synthétique du cas particulier $H=F$.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Merci poulbot pour le cas de l'hyperbole équilatère.
    Une petite figure tout de même pour montrer ses asymptotes.
    J'ai appris ce soir à construire une hyperbole (pas nécessairement équilatère) connaissant un point et les asymptotes !
    Il n'est jamais trop tard...74562
  • Bonjour Gai Requin
    Bravo pour ta figure.
    Tu as fait des progrès considérables en GeoGebra mais j'ai eu beaucoup de mal à comprendre ta figure car elle n'est pas assez commentée.
    J'ai surtout compris que j'avais écrit une monumentale ânerie à la fin de ce message:ICI.
    Quelle est cette ânerie?
    Pourquoi obtient-on une hyperbole équilatère? Comment as-tu construit ses asymptotes?
    Je te félicite de tes progrès sur les hyperboles et j'espère que ce fil t'aura permis de parfaire tes connaissances sur les coniques.
    La construction d'une hyperbole connaissant ses asymptotes et un point était évidemment un sujet bateau de Terminales autrefois.
    Une bonne partie du cours de Terminales de cette époque sur les coniques consistait à savoir construire la tangente en un point et l'intersection d'une droite et d'une conique.
    Quand on te donnait un problème sur une conique qui commençait par exemple par: soit $\Pi$ la parabole de foyer $F$ et de directrice $\Delta$, tu ne disposais d'aucune figure. C'était à toi de te débrouiller. Tu n'avais pas à tracer vraiment ta parabole mais seulement quelques uns de ses points et vogue la galère.
    En ce qui concerne l'hyperbole donnée par ses asymptotes et un point, saurais tu construire ses intersections avec une droite donnée?
    Aujourd'hui ce n'est plus un problème avec un logiciel mais autrefois c'était un véritable petit casse-tête quand on ne disposait que de sa règle ébréchée et de son compas rouillé!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour pappus,

    J'explique ma figure qui a consisté en quelque sorte à lire entre les lignes le message de poulbot concernant la notion de courbe orthoptique.
    Soit $H\in\Delta$ la droite orthoptique de la parabole $\Pi$.
    Soit alors $\mathcal T_1,\mathcal T_2$ les tangentes à $\Pi$ perpendiculaires en $H$.
    D'après poulbot, l'hyperbole $\mathcal H$ associée à $H$ est équilatère de centre $F$.
    Je conjecture alors que les asymptotes de $\mathcal H$ sont parallèles à $\mathcal T_1$ et $\mathcal T_2$.
    Pour rappel, on sait déjà que $H\in\mathcal H$.
    Je construis alors $\mathcal H$ en suivant la méthode des lycéens d'antan !
    Ne reste plus qu'ensuite à choisir $A,B\in\Pi$ tels que $AB$ est tangente à $\mathcal H$ puis... roule Marcel !

    Et $\mathcal H$ est bien réelle ! ;-)
  • Merci Gai Requin
    Ta conjecture est exacte mais tu n'as fait qu'une conjecture.
    Tu as donc eu beaucoup de chance!
    La figure de gauche donne la construction de la tangente en $A$ à l'hyperbole passant par $A$ et d'asymptotes $L$ et $L'$.
    La figure du milieu donne la même construction quand l'hyperbole est équilatère en profitant de la métrique.
    J'ai appliqué cela à celle de droite, la figure de Poulbot:
    On connait la tangente en $H$, c'est $\Delta$. On connait le centre $F$.
    Donc le cercle de centre $H$ passant par $F$ coupe $\Delta$ en des points $U$ et $V$ situés sur les asymptotes qui sont donc les droites $FU$ et $FV$.
    D'autre part les perpendiculaires issues de $H$ aux asymptotes $FU$ et $FV$ sont les médiatrices des segments $FU$ et $FV$ et à ce titre sont tangentes (orthogonales entre elles) à la parabole.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    Quelle est mon ânerie monumentale?74608
    74610
    74612
  • Merci pour ces explications très illustrées. (tu)

    L'ânerie ?
    J'ai envie de te demander quel est le rectangle circonscrit à une hyperbole équilatère ?

    P.S. : Je réfléchis à ton histoire d'intersection droite-hyperbole...
  • Bonjour gai requin
    "J'ai envie de te demander quel est le rectangle circonscrit à une hyperbole équilatère ?"
    Il n'y en a pas, les asymptotes étant la seule paire de tangentes perpendiculaires.
    Les seules coniques ayant un rectangle circonscrit sont les ellipses et les hyperboles d'excentricité $<\sqrt{2}$; elles en ont alors une infinité.
    Amicalement. Poulbot74628
    74630
  • Merci poulbot,

    Donc cette restriction sur les hyperboles équilatères n'empêche pas l'existence d'un triangle $ABC$ inscrit dans $\Pi$ dont l'orthocentre est sur $\Delta$.

    Bonne journée !
  • Pardon d'intervenir dans un fil si élevé avec une question de béotien.
    Quelle propriété reste-t-il pour une parabole, dont l'excentricité est intermédiaire entre celles des ellipses et celles des hyperboles qui admettent un rectangle circonscrit ?
    Dans le premier dessin de poulbot, on voit bien que si le sommet de droite de l'ellipse va flirter avec l'infini, il va falloir couper le rectangle. Il doit bien en rester quelque chose quand même, non ?
  • Bonjour Math Coss
    Une parabole, n'ayant qu'une tangente de direction donnée, ne peut pas avoir de rectangle circonscrit.
    Cordialement. Poulbot
  • Fixons deux droites perpendiculaires $D$ et $D'$, et soient $P$ et $P'$ leurs points à l'infini. Pour toute conique $\Gamma$ tangente à $D$ et $D'$, il y a deux autres tangentes $F$ et $F'$ à $\Gamma$ passant par $P$ et $P'$ respectivement. Les quatre droites $D,D',F,F'$ forment un rectangle circonscrit à $\Gamma$, sauf si $F=F'$ est la droite de l'infini, ce qui arrive si et seulement si $\Gamma$ est une parabole.

    PS. On peut aussi considérer la cas où $D$ est tangente à $\Gamma$ en $P$, c.-à-d. où $D$ est une asymptote de l'hyperbole $\Gamma$. Alors $F=D$ et le rectangle dégénère en un segment. Ou encore le sous-cas où en plus $D'$ est tangente à $\Gamma$ en $P'$ ...
  • Oui, Poulbot, je vois bien qu'il faut abandonner quelque chose mais que deviennent les deux tangentes ?

    Merci GaBuZoMeu. J'essaie de le démontrer par le calcul. Fixons un repère orthonormé où les droites $D$ et $D'$ ont pour équations $x=0$ et $y=0$. Notons l'équation de la conique :\[\Gamma\;:\qquad ax^2+2bxy+cy^2+2dxz+2eyz+fz^2=0.\]On veut que $D$ et $D'$ soient tangentes à $\Gamma$ et, disons, que les points de tangence soient « à distance finie ». Cela veut dire que les équations obtenues en posant $x=0$ (resp. $y=0$) et $z=1$ doivent avoir une solution double, ce qui donne : $e^2-cf=0$, $d^2-af=0$. Le cas $f=0$ correspond à une ellipse de rayon nul ou à deux droites sécantes en l'origine ; on l'écarte, ce qui permet de supposer $f=1$. L'équation de $\Gamma$ est donc de la forme\[\Gamma\;:\qquad d^2x^2+2bxy+e^2y^2+2dxz+2eyz+z^2=0.\]On cherche pour quelle(s) valeurs de $x$ (resp. $y$) le discriminant par rapport à $y$ (resp. $x$) est nul, de sorte qu'il y ait une tangente parallèle à $x=0$ (resp. $y=0$). Les discriminants sont respectivement\[ -\bigl((de + b)x + 2ez\bigr)(de - b)x\quad\text{et}\quad -\bigl((de+ b)y + 2dz\bigr)(de - b)y.\]Si $b-de=0$, l'équation de $\Gamma$ se factorise en $(dx+ey+z)^2=0$, cas dégénéré que l'on écarte.

    Si $b+de\ne0$, il y a bien une deuxième paire de tangentes « à distance finie », elles sont parallèles aux axes et forment avec les axes un rectangle circonscrit à $\Gamma$.

    Si $b+de=0$, les deux tangentes ont la même équation $z=0$, ce qui est bien la droite à l'infini ; d'autre part, $ax^2+2bxy+cy^2=(dx + ey)^2$ donc $\Gamma$ est bien une parabole.

    NB : Le rang de $d^2x^2+2bxy+e^2y^2$ est $2$ SSI $b^2-d^2e^2\ne0$ : les tangentes passant par $P=(1:0:0)$ et $P'=(0:1:0)$ sont égales (à la droite à l'infini $z=0$) SSI $\Gamma$ est une parabole (on n'a vu qu'un seul sens ci-dessus ; la réciproque correspond à la remarque de Poulbot).

    J'abdique pour les cas plus dégénérés. Pour montrer ce qu'a dit Poulbot plus haut, il resterait aussi à relier l'excentricité $<\sqrt2$ à la possibilité d'avoir des tangentes perpendiculaires mais ce genre d'équations n'est pas idéal pour l'excentricité.
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