Somme des hauteurs d'un triangle

Bonjour à tous,
Je crois que la somme des hauteurs d'un triangle vaut au maximum (\sqrt{3}/2).p, p étant le périmètre du triangle, soit
h_a+h_b+h_c <= (\sqrt{3}/2))(a+b+c) l'égalité ayant lieu pour le triangle équilatéral.
Mais je ne sais pas le démontrer.
L'approche algébrique (en exprimant la longueur d'une hauteur par rapport aux côtés) ou, pire, l'approche analytique (dans un repère) semblent peu praticables.
J'ai pensé à une application de l'inégalité entre moyenne harmonique et moyenne arithmétique (en partant du fait que les hauteurs sont inversement proportionnelles aux longueurs des côtés), mais pour le moment, ça ne va pas.
Si cela vous inspire ...
Bien cordialement,

Réponses

  • Bonsoir
    Cela ne coûte rien de faire les calculs de l'expression à maximiser et pourquoi philosopher sur le résultat tant que l'on ne l'a pas écrit noir sur blanc!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    Avec les notations traditionnelles, $a+b+c=2p$, $p$ désigne le demi-périmètre!
  • Bonjour,

    Avec des notations usuelles :
    - montrer que $\displaystyle h_A=b \sin \alpha$
    - montrer que $\displaystyle 2 a \leq a+b+c$
    - montrer qu’on peut toujours renommer les angles pour avoir $\displaystyle \alpha \leq {\pi\over 3}, \alpha +\beta \leq {2\pi\over 3}, \alpha+\beta+\gamma=\pi$
    - montrer que la fonction $\displaystyle u \mapsto \sin u, 0\leq u\leq \pi$ est concave
    - rappeler l’énoncé de l’inégalité de Karamata
  • Mon cher Yves
    Je ne comprends pas ta dernière inégalité.portant sur $\displaystyle\sum_{cyc}\sin(\alpha)$.
    $\displaystyle\sum_{cyc}\sin(\alpha)$ signifie bien $\sin(\alpha)+\sin(\beta)+\sin(\gamma)$?
    Mais c'est peut-être l'inégalité de Karamata (que je ne connais pas)?
    Il faut dire que je suis particulièrement bouché en ce moment.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour,

    Il faut que je modifie mon message précédent...

    Pour me faire pardonner :
    - montrer que $a+b+c \leq 3\sqrt{3} R$
    - montrer que $h_A=b \sin \gamma$
    - montrer que ${c \over \sin \gamma} =2 R$
    - montrer que $(a+b+c)^2 \geq 3(ab +b c +c a)$
    - touiller et voilà !
  • Bonsoir Yves
    On oublie donc Karamata et on reprend tout à zéro?
    Quand c'est fini,n.i ni ni, ça recommence?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour,

    Je pense que oui, on oublie Karamata. J’ai essayé Popoviciu, ça ne donne rien. J’ai cru que Tchebychev donnait enfin la solution, mais non.
    Je ne sais pas si la première inégalité est considérée classique...

    [Préférons la forme francophone Tchebychev à celle de nos amis anglo-saxons Chebyshev. ;-) AD]
  • Bonsoir
    Je veux au moins avoir l'expression de Budin sous les yeux avant de dire qu'on ne peut pas s'en servir
    $f(a,b,c)=h_a+h_b+h_c=2S(\dfrac 1a+\dfrac 1b+\dfrac 1c)=2\dfrac{bc+ca+ab}{abc}\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}$
    Bof!
    C'est juste un problème d'extréma liés avec $a+b+c=2p$
    Cela devrait pouvoir se faire même si ce n'est pas la très grande joie!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonsoir
    En faisant intervenir les fonctions symétriques de $(a,b,c)$, à savoir:
    $s_1=a+b+c=2p$, $s_2=bc+ca+ab$, $s_3=abc$, on obtient:
    $f(a,b,c)=2\dfrac{s_2}{s_3}\sqrt{p(p^3-(a+b+c)p^2+s_2p-s_3)}=2\dfrac{s_2}{s_3}\sqrt{p(-p^3+s_2p-s_3)}=g(s_2,s_3)$
    La recherche des points critiques de $g$ ne devrait pas être insurmontable!
    Mais est-ce encore au programme?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour,

    @Budin et @pappus : voici une démonstration élémentaire.

    Avec des notations usuelles dans un triangle, on veut montrer que $$\displaystyle h_a+h_b+h_c \leq {\sqrt{3}\over 2} (a+b+c).$$
    On note $S$ la surface du triangle : on a $$\displaystyle S={1\over 2} h_a a$$ et par la formule de Héron $$\displaystyle S={1\over 4}\sqrt{(a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c)}.$$
    On écrit donc $$\displaystyle h_a+h_b+h_c ={1\over 2}({1\over a}+{1\over b}+{1\over c})\sqrt{(a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c)}.$$
    Ici, on utilise la substitution de Ravi : $\displaystyle a=y+z, b=z+x, c=x+y$ et alors $$\displaystyle h_a+h_b+h_c=2({1\over y+z}+{1\over z+x}+{1\over x+y})\sqrt{(x+y+z)x y z}.$$
    On majore simplement par $\displaystyle y+z \geq 2\sqrt{y z}$ et on a donc établi le résultat $$\displaystyle h_a+h_b+h_c \leq \sqrt{x+y+z}(\sqrt{x}+\sqrt{y}+\sqrt{z}) \leq \sqrt{3}(x+y+z) \leq {\sqrt{3}\over 2}(a+b+c)$$ où on a utilisé la concavité de la fonction $\displaystyle t \mapsto \sqrt{t},t>0$ et l’inégalité de Jensen. Voilà !
  • Démonstration parfaite et très claire, merci.

    L'inégalité de Karamata, je l'ai découverte avec un collègue du Lycée Thiers de Marseille, pour démontrer la pertinence de l’algorithme "glouton" dans la construction de la suite de Sylvester (fractions "égyptiennes"). Ici, il permet de montrer que
    $\sin \alpha + \sin \beta + \sin \gamma \leq 3 \sqrt{3}/2$ mais malgré les quatre lemmes touillés que tu proposes, je n'arrive pas au but.
    On dirait qu'il faut de toutes façons introduire la formule de Héron, donc on fera difficilement mieux que ta démonstration avec l'inégalité de Jensen.
    Amicalement.
  • Yves M: tres joli.
  • Un classique : Bottema & alii, Geometric inequalities, Wolters-Nordhoff Publishing Groningen 1969.
    On le trouve ici :
    https://www.isinj.com/mt-usamo/Geometric Inequalities - Bottema, et. al. (1968).pdf
    L'inégalité en question est en page 60.
    Bonne soirée.
    Fr. Ch.
  • Bonjour,

    @Budin : je pensais à l’inégalité de Karamata avec poids. Mais ça ne marche pas parce que $a \alpha +b \beta +c \gamma \neq (a+b+c) \pi.$

    Celle qui marche est simple et surtout ne fait appel à aucune autre inégalité connue dans le triangle.
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