Deux katas

(1a)
On appelle ellipse $E$ de foyers $f$, $g$ et d'excentricité $e$ l'ensemble
des points $z$ du plan solution de l'équation bipolaire
$$
E : |zg,f| + |zf,g| = e^{-1}
$$
(On rappelle que $|xy,z|:=|xz|/|yz|$, une expression invariante par similitude).

(1b)
Soit ${\frak{S}}:z\mapsto z'$ une similitude. Alors $E'$ est aussi une ellipse,
et son excentricité est égale à celle de $E$.

(1c) Preuve.
Soit $z_0$ un point de $E$. Alors
$$
|z_0g,f| + |z_0f,g| = e^{-1} \quad\text{et}\quad |z_0'g',f'| + |z_0'f',g'| = e^{-1}
$$
puisque $|xy,z|$ est invariant par similitude.
$z'_0$ est donc un point de l'ellipse $F$ définie par $|zg',f'| + |zf',g'| = e^{-1}$,
c'est à dire que $E'\subset F$. L'inclusion réciproque se démontre avec ${\frak{S}}^{-1}$.


Le second kata suit.

Réponses

  • Bonjour,

    Qu'est-ce qu'un kata dans un contexte mathématique ? Le seul sens que je connais est celui d'un enchaînement de coups mimant un combat contre un adversaire fictif au karaté.
  • (2a)
    On donne les points $a(-3, 0)$, $b(0, 0)$, $c(1, 0)$, $d(3, 0)$.

    (2b)
    Les ovales de Descartes définis par les équations bipolaires
    $$
    O_1 : 5|za,c| - 3|zc,a| = 1 \quad\text{et}\quad O_2 : 3|zc,b| - |zb,c| = 5
    $$sont semblables.

    (2c) Indication.
    Eliminer $|zb|$ entre l'équation de $O_2$ et la relation de Stewart
    $$
    2|zb|^2 - 3|zc|^2 + |zd|^2 = 6
    $$75108
  • Un kata est un enchaînement de mouvements à visée didactique destiné à transmettre un ensemble de techniques.
  • L'élimination suggérée donne
    $$
    (5|zc|-3|zd|-|cd|)(5|zc|+3|zd|-|cd|) = 0
    $$
    A cause de l'inégalité triangulaire la seconde parenthèse ne s'annule jamais.
    La première donne une nouvelle équation de $O_2$ que l'on compare à celle de $O_1$ :
    $$
    O_2 : 5|zd,c| - 3|zc,d| = 1 \qquad\qquad O_1 : 5|za,c| - 3|zc,a| = 1
    $$
    On envoie donc $O_1$ sur $O_2$ par une similitude qui fixe $c$ et envoie $a$ en $d$,
    par exemple l'homothétie de centre c et de rapport $-1/2$.

    KIAI !
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