De la géométrie avant toute chose

Et pour cela préfère l'algèbre!

Bonjour à tous
On se donne dans le plan affine un triangle $ABC$ et deux points $B'$ et $C'$.
Construire, si possible avec la règle (ébréchée) et le compas (rouillé) mais je n'en fais pas une maladie, le (ou les) point(s) $A'$ tel(s) que la partie linéaire de l'application affine $f:ABC\mapsto A'B'C'$ ait pour polynôme minimal $(X-1)^2$.
Amicalement
[small]p[/small]appus

Réponses

  • Bonsoir, bonjour (selon la luminosité...)

    Avant de répondre je pense qu'il faut qu'il faut réfléchir à ce que signifie le polynôme minimal est $(X-1)^2$
    cela signifie que $1$ est une valeur propre double, donc l'application affine a priori est une translation,
    donc une condition nécessaire est $\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{B'C'}$

    en fait la condition est suffisante, il s'agit de voir comment agissent les déplacements, et leur classification donne les translations ou les rotations.
    Mais les rotations sont à exclure dans la mesure ou le polynôme minimal d'une rotation "stricte" n'est pas scindé sur $\mathbb{R}$ , il ne restent donc que les translations, au final $B'$ et $C'$ sont les images de $B$ et $C$ par une translation, et on sait construire un parallélogramme avec la règle et le compas.

    L'application affine f nécessairement est une translation, et il ne peut y avoir de solution au problème posé que si $B'$ et $C'$ sont les images de $B$ et $C$ par une translation.

    Je crois que ça fonctionne.
  • Bonsoir Callipiger
    Pour une translation, le polynôme minimal est $X-1$. Quant au problème de Pappus, si $BC$ et $B^{\prime }C^{\prime }$ n'ont pas la même direction, il a une solution et une seule : $\mathrm{tr}\big( \overrightarrow{f}\big) =2$ donne une droite parallèle à $BC$ passant par $A^{\prime }$ et $\det\big( \overrightarrow{f}\big) =1$ donne une droite parallèle à $B^{\prime }C^{\prime }$ passant par $A^{\prime }$.
    Cordialement. Poulbot
  • Merci, au final j'ai presque oublié ce qu'était un polynôme minimal et je ne m'en suis même pas rendu compte...
    merci Poulbot. j'imagine que dans ce cas $f$ est une transvection ?
  • Merci Poulbot
    Callipiger semble vouloir ne plus faire le pitre, c'est déjà pas mal mais son discours mathématique est toujours à la limite de l'ineptie!
    Effectivement le point $A'$ est à l'intersection des deux droites dont tu parles.
    Le tout est de les construire!!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    Je n'ai pas tout à fait pris les mêmes droites que toi!
    J'ai bien choisi comme toi la droite lieu des points $A'$ tels que $\det(\overrightarrow f)=1$.
    Pour la seconde droite, j'ai choisi le lieu des points $A'$ tels que $1$ soit valeur propre de $\overrightarrow f$.
    La construction de ces deux droites n'est pas si évidente que cela!
    Quant au lieu des points $A'$ tels que $\mathrm{tr}(\overrightarrow f)=k\ $, j'ai beaucoup séché jusqu'à aujourd'hui.
    Pour $k=0$, c'est facile, c'est le cas de la parallélogie mais pour $k\not=0$, je ne savais pas faire jusqu'à ta remarque sur la trace qui vaut $2$.
    Pour le lieu des points pour lesquels $\mathrm{tr}(\overrightarrow f)=2$, il suffit de mener par le point $A'$, obtenu par ma construction, la parallèle à $BC$.
    Connaissant les lieux $\mathrm{tr}(\overrightarrow f)=0$ et $\mathrm{tr}(\overrightarrow f)=2$, on en déduit facilement le cas général avec l'Axiome de Thalès!
    Mais peut-être as-tu une construction directe de la droite $\mathrm{tr}(\overrightarrow f)=k$ qui crève sans doute les yeux mais que je suis infoutu de trouver!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonsoir,

    Les deux triangles ont la même aire.

    Cordialement,

    Rescassol89348
  • Bien sûr Rescassol mais la même aire algébrique..
    Donne moi exactement les détails de ta construction pour que je puisse la critiquer!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonne Nuit et faites de beaux rêves.
    Voici ma propre construction de la droite lieu des points $A'$ tels que $\det(\overrightarrow f)=1$.
    C'est une construction affine. Je n'utilise pas de métrique et donc pas d'Axiome dePythagore!
    Dieu! Que c'est angoissant, vais-je m'en remettre?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus89350
  • Bonjour Pappus
    En fait, grâce à ta droite lieu des points $A^{\prime }$ tels que $1$ soit valeur propre de $\overrightarrow{f}$, on peut se passer de $\det \overrightarrow{f}=1$, car elle permet de construire facilement le lieu de $A^{\prime }$ pour lequel $\mathrm{tr}\overrightarrow f=2$ - et même d'ailleurs $\mathrm{tr}\overrightarrow f=k$.
    Ta droite passe par $A+\overrightarrow{BB^{\prime }}$ et $A+\overrightarrow{CC^{\prime }}$. Si elle coupe $B^{\prime }C^{\prime }$ en $P$, le lieu de $A^{\prime }$ pour lequel $\mathrm{tr}\overrightarrow f=2$ est la parallèle à $BC$ passant par $P+\overrightarrow{BA}$ (et $P+\overrightarrow{CA}$).
    Le lieu de $A^{\prime }$ pour lequel $\mathrm{tr}\overrightarrow f=k$ est la parallèle à $BC$ passant par $P+\left( 1-k\right) \overrightarrow{AB}$.
    Amicalement. Poulbot89372
  • Bonjour à tous
    Voici une autre variante plus fonctionnelle de ma construction.
    La seule difficulté est de deviner l'ordre dans lequel j'ai construit mes points.
    Une indication!
    $ABC\mapsto A''B'C''$ et $A''B'C''\mapsto a'B'C'$
    où il faut identifier ces flèches.
    Encore une fois c'est cela faire de la géométrie:
    utiliser des groupes de transformations et décomposer!
    Amicalement
    [small]pappus[/small]89354
  • Merci Poulbot du fond du coeur!
    C'est ce que je n'avais pas vu pendant des années.
    Et puis tu es venu et tout s'est éclairci!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour à tous
    Dans la figure ci dessous, les points $A$, $B$, $C$, (formant triangle), $B'$, $C'$ sont donnés.
    Elle montre en rouge le lieu des points $A'$ tels que si $f:ABC\mapsto A'B'C'$ est l'application affine envoyant $A$ sur $A'$, $B$ sur $B'$, $C$ sur $C'$, alors $1\ $ est valeur propre de $\overrightarrow f$.
    C'est un exercice un peu surprenant dans un pays où la géométrie se résume à montrer que trois points sont alignés ou trois droites concourantes ou quatre points cocycliques!
    Vous avez ma construction sous les yeux, il ne reste plus qu'à la justifier!
    Ah, évidemment il faut savoir son cours de géométrie affine qui ne se limite pas aux théorèmes de Ménélaüs et de Céva!
    Amicalement
    [small]p[/small]apus89358
  • Bonjour,
    je tente quelque chose:

    il s'agit d'une transformation affine du plan celle qui transforme le repère (A,B,C) en le repère (A',B',C'):
    le faisceaux des applications affines qui envoient B sur B' et C sur C', est une droite affine de l'espace des applications affines (il ne reste plus qu'un seul degré de liberté pour cela, donc c'est bien une droite), l'orbite du pour A par l'ensemble de ces transformations est un sous espace affine de dimension 1: c'est une droite affine.
    dans cette droite affine de transformations, il y a en particulier la translation de vecteur $\overrightarrow{BB'}$ et la translation de vecteur $\overrightarrow{CC'}$, le lieu des points A' est sur une droite affine qui donne l'image du point A par ces deux transformations.

    est ce que le raisonnement tient ?
  • @ Callipiger
    J'ai surtout l'impression que tu te fous de nous.
    On dirait des math, ça ressemble à des math mais ce ne sont pas des maths!
    Il me semble que tu prends des mots dans une encyclopédie de mathématiques, tu secoues le tout pour bien les mélanger et tu nous les ressors n'importe comment.
    Tu n'as strictement rien à faire dans cette discussion et je te soupçonne fortement d'être le même individu que celui à l'alias graveleux, au logo obscène et à la signature immonde.
    J'ai d'ailleurs montré que ton alias ne valait pas mieux que le sien!
    [small]p[/small]appus
  • Soupçon n'est pas preuve, (tu es libre de demander aux modérateurs si ces personnes coïncident selon tes dires, il y a des adresse IP pour cela, et encore je pense qu'il y a des moyens techniques de contrefaire des adresse IP au passage si tu l'adjectif graveleux libre à toi, néanmoins je ne suis ni un pornographe ni)

    la seule chose qui n'est pas justifiée dans ce que j'ai dit est dire que l'ensemble des applications affine dont la partie linéaire est l'identité est une droite affine de l'espace des applications affine, mais ceci je le maintiens, même si je reconnais que je ne l'ai pas prouvé, c'est seulement une intuition qui peut s'avérér juste ou fausse et dans ce cas tu es libre de montrer une contradiction ou pas, mais par de faire le soupçonneux ou de me juger sans me connaître, j'ai parlé de maths si il faut demander mon exclusion du forum pour des soupçons les modérateurs sauront agir.
  • @Callipiger
    Tout le monde sait qu'il n'y a pas besoin de contrefaire une adresse IP pour avoir plusieurs alias.
    Tu peux en changer toutes les minutes si cela t'amuse!
    Quant à tes intuitions grotesques, tu peux les garder pour toi!
    Tu ne vas sur ce forum que pour faire l'intéressant et tu n'es qu'un troll comme nous en avons déjà connu beaucoup d'autres dans le passé et comme nous en connaîtrons beaucoup d'autres dans le futur!
    [small]p[/small]appus
  • en restant sur l'aspect mathématique: ce que j'ai dit est faux ou pas ?
  • @Callipiger
    Bien sûr que tout est faux, absolument tout, cela va sans dire mais cela va mieux en le disant.
    Le faisceaux (sic!) des applications affines, cela n'a aucun sens!
    L'orbite du pour $A$, cela n'a aucun sens. Il faut te relire moi je me relis dix fois, cent fois!
    L'ensemble des applications affine (sic) dont la partie linéaire est l'identité est une droite affine de l'espace des applications affine (sic).
    Cela c'est la meilleure que j'ai jamais lue.
    Puisque c'est une droite affine, peux-tu nous en exhiber un vecteur directeur?
    Quel nom donne-ton à l'ensemble des applications affine (sic) dont la partie linéaire est l'identité?
    Quelle est la dimension de l'espace des applications affine (sic)?
    [small]p[/small]appus
  • je vais commencer par la fin:
    l'ensemble des applications affines réelles du plan est de dimension 6:
    4 pour la partie linéaire, + 2 pour la translation
    l'ensemble des applications affines du plan dont la partie linéaire est l'identité est l'ensemble des translations

    alors je précise à nouveau car je ne l'ai pas fait au départ:
    pour être précis: a priori l'ensemble des applications dont le polynôme minimal divise $(X-1)^2$ est engendré par les transvections et les translations
    et là je dis que cet espace est un espace affine: un barycentre de telles applications reste une translation ou une transvection
    la partie linéaire de ces applications est une droite vectorielle de l'ensemble des applications linéaires
    dont la direction vectorielle est donné par l'ensemble des matrices de la forme

    je m'arrête là pour un moment je reviens dans un instant.
  • Matrice de la forme : $\begin{pmatrix}
    1 & a \\
    0 & 1
    \end{pmatrix}$
    la direction vectorielle de cet espace affine est dirigé par une application nilpotente dont la matrice est $\begin{pmatrix}
    0 & a \\
    0 & 0
    \end{pmatrix}.$ C'est une droite vectorielle.

    Il reste à considérer le fait que les applications dont le polynôme minimal divise $(X-1)^2$ qui envoient $B$ sur $B'$ et $C$ sur $C'$ est un espace affine de dimension 1

    A priori la dimension de cet espace affine est 3, si l'on ne tient pas compte de du fait que cela envoie $B$ sur $B'$ et $C$ sur $C'$.
    Je suis fatigué.
  • @Callipiger
    Tu viens d'écrire:
    l'ensemble des applications affines du plan dont la partie linéaire est l'identité est l'ensemble des translations
    C'est OK
    Et tu as écrit:
    la seule chose qui n'est pas justifiée dans ce que j'ai dit est dire que l'ensemble des applications affine dont la partie linéaire est l'identité est une droite affine de l'espace des applications affine, mais ceci je le maintiens, même si je reconnais que je ne l'ai pas prouvé,
    Es-tu au moins capable de reconnaître que tu as écrit cela?
    Autrement dit, tu viens de m'écrire que l'ensemble des translations est une droite affine de l'espace des applications affine (sic)!
    Oui ou non!
    Eh bien cela est le genre d'intuition grotesque que tu peux garder pour toi!
    [small]p[/small]appus
  • Bon...
    Oui j'ai écrit cela et j'ai oublié d'être précis (mais j'avais sous-entendu auparavant qu'il fallait y voir les applications qui envoient B sur B' et C sur C').
    T
    u penses vraiment que je crois que l'espace des translations du plan est une droite ?
    et là je pense que c'est toi qui te moque de moi mais au fond cela a toujours été le cas n'est-ce pas ?

    Tu ne commets jamais d'erreur toi ? Donc au final tu es entrain de me dire que si j'ose m'exprimer ici sans être parfait c'est un tort ? (ou oublie ou etc ?)
    et si c'est le cas dis le d'emblée et je ne reviendrai plus écrire quoique ce soit,
    je me contenterai de lire, et n'interviendrai plus puisque tu as décidé que il n'y pas d'erreur possible.
  • Bonjour
    Pour couper court aux galimatias futurs de Callipiger, voici ma preuve qui n'a rien à voir avec ses intuitions grotesques:
    Soit $g:\mathcal P\longmapsto \mathcal P; M\mapsto A+f(M)-M$
    1° $g$ est une application affine telle que $g(A)=f(A)=A'$, $g(B) =B''$, $g(C)=C''$
    (voir ma figure)
    2° La partie linéaire de $g$ est $\overrightarrow f -id$.
    Donc $1$ est valeur propre de $\overrightarrow f$ si et seulement si $g$ est de rang $1$ c'est à dire si et seulement si $\Im(g)$ est une droite affine, laquelle ne peut être que la droite $B''C''$ et donc cela explique pourquoi $A'=g(A)$ est aligné avec les points $B''$ et $C''$.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    Je m'excuse mais je n'ai écrit aucune matrice!
  • @Callipiger
    Ce n'est pas moi qui a écrit que l'ensemble des translations est une droite affine, c'est toi et seulement toi!
    Oui, je fais des erreurs et bien plus souvent que tu ne le crois mais heureusement GaBuZoMeu est là qui veille au grain !
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour à tous
    Et voilà ma construction, différente de celle de Poulbot, du point $A'$ comme intersection des deux droites pointillées.
    Il reste quand même à justifier ma construction de la droite lieu des points $A'$ tels que $\det(\overrightarrow f)=1$.
    Voilà en tout cas un simple exercice de construction capable de désorienter des générations de spécialistes des transvections et des polynômes minimaux.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus89366
  • Bonjour à tous
    Voici une preuve en coordonnées, (pour ceux qui n'aiment que celles là), de cette sombre histoire de droite lieu des points $A'$ tels que:
    $\det(\overrightarrow f)=1$
    On travaille dans le repère $r=\{O,(\bf u,\bf v)\}$ où $\bf u$$=\overrightarrow{BC}$ et $\bf v$$=\overrightarrow{C'B'\ ~~}$, voir figure ci dessous!
    Dans un tel repère, les coordonnées de nos six points sont:
    $A(p,q)$, $B(b,0)$, $C(b+1,0)$
    $A'(p',q')$, $B'(0,c+1)$, $C'(0,c)$
    L'aire algébrique $S(M_1,M_2,M_3)$ est donné par la formule:
    $$
    S(M_1,M_2,M_3)=
    K(r)
    \begin{vmatrix}
    x_1&x_2&x_3\\
    y_1&y_2&y_3\\
    1&1&1
    \end{vmatrix}
    $$
    où la constante $K(r)$ ne dépend que du repère $r$, constante dont on aura rien à cirer puisqu'on aura à faire qu'à des égalités d'aires.
    On en déduit:
    $S(A,B,C)=
    K(r)
    \begin{vmatrix}
    p&b&b+1\\
    q&0&0\\
    1&1&1
    \end{vmatrix}
    =K(r)q$.
    $S(A',B',C')=
    K(r)
    \begin{vmatrix}
    p'&0&0\\
    q'&c+1&c\\
    1&1&1
    \end{vmatrix}
    =K(r)p'$
    L'égalité $S(A,B,C)=S(A',B',C')$ équivaut donc à $p'=q$.
    D'où la construction de la figure ci-dessous qui exige de savoir faire la somme de deux vecteurs, sans doute un épouvantable casse-tête aujourd'hui dans notre beau pays!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    Ceux qui ont le coup d'oeil remarqueront qu'ils ont à faire à des vecteurs glissants!89370
  • Bonsoir à tous
    Par acquit de conscience, j'ai tracé la construction de Poulbot, the best as usual, qu'on pourra comparer avec la mienne.
    Poulbot nous l'avait déjà donnée mais je l'ai refaite pour le simple plaisir de la refaire
    Chacune de ces constructions a sa propre logique mais celle de Poulbot est la plus simple, on s'en doute!
    Mais qui la justifiera?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus89376
  • Bonne Nuit
    Je vais tenter de prouver la construction de Poulbot, la seule qui vaille, la vraie de vrai, l'unique à retenir!
    Si $M$ est un point du plan, je note: $\tau(M)=\mathrm{tr}(\overrightarrow{f_M})$ où $f_M$ est l'application affine $ABC\mapsto MB'C'$.
    Je vais d'abord montrer que $\tau$ est affine et calculer sa partie linéaire.
    Soit $\varphi$ une forme alternée non nulle définie sur $\overrightarrow{\mathcal P}\times\overrightarrow{\mathcal P}$
    On a la formule de trace : $$
    \mathrm{tr}(\overrightarrow{f_M})=\dfrac{\varphi(\overrightarrow{ f_M}(\overrightarrow{BA}),\overrightarrow{BC})+\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{ f_M}(\overrightarrow{BC}))}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}=\dfrac{\varphi(\overrightarrow{B'M},\overrightarrow{BC})+\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{B'C'})}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}
    $$
    On en déduit immédiatement:
    $\tau(M+\xi)=\tau(M)+\dfrac{\varphi(\xi,\overrightarrow{BC})}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}
    $
    prouvant que $\tau$ est affine.
    On regarde ma figure de la construction de Poulbot:
    Le spectre de $\overrightarrow{f_P}$ est $\{0,1\}$, donc $\tau(P)=1$
    Donc $\tau(b)=\tau(P)+\dfrac{\varphi(\overrightarrow{Pb},\overrightarrow{BC})}
    {\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}=\tau(P)+1=2$ car $\overrightarrow{Pb}=\overrightarrow{BA}$ par définition de Poulbot.
    L'inconvénient de cette démonstration est qu'il faut bien connaître son Algèbre en général et ses formules de trace en particulier.
    Mais n'ai-je pas annoncé la couleur dès le début de ce fil en paraphrasant bien maladroitement Verlaine!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonne nuit,

    Voilà les équations des deux droites rouges de ma figure plus haut (Morley circonscrit comme souvent):
    V=(a-b)*(b-c)*(c-a)  % Vandermonde
    a*(b - c)*z + s3*(b - c)*zB + 2*V + a*c*cp - a*b*bp + b*bp*c - b*c*cp + a*b*bpB*c^2 - a^2*b*bpB*c - a*b^2*c*cpB + a^2*b*c*cpB=0
    - s3*(bpB - cpB)*z + s3*(bp - cp)*zB + V - s3*(bp*cpB - bpB*cp)=0
    
    Sur le fichier Géogébra ci-joint, correspondant à cette figure, on peut bouger $A,B,C,B',C'$.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Bonjour à tous
    Sur cette figure, j'ai superposé nos deux constructions, celle de Poulbot et la mienne.
    Le point $A'$ est ainsi à l'intersection de trois droites.
    Vous vous rendez compte, on vient de montrer que trois droites sont concourantes.
    C'est le super pied et on peut oublier tout le reste.
    Plus sérieusement, ce qu'il faut retenir de cet exercice, c'est le rôle de l'algèbre linéaire que j'avais voulu mais surtout la construction de Poulbot basée sur le tracé des lignes de niveau de la fonction Trace sur lequel j'avais séché pendant des années!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus89388
  • Bonjour.

    Définissons les points comme des colonnes, traitées projectivement, de trois coordonnées. Et faisons de la Géométrie au lieu de jouer au fléchi-flécha. Lorsque $A,B,C,B',C'$ sont fixes, alors $\mu$, la matrice normalisée de la collinéation $\left(A,B,C,\mathcal L _\infty\right) \mapsto \left(A',B',C',\mathcal L _\infty\right)$, est une fonction affine de $A'$. Cela est encore plus évident si l'on prend $ABC$ comme base barycentrique, en posant $\mathcal L _\infty=[1,1,1]$.

    Et alors le polynôme caractéristique $\chi (X)$ de $\mu$ est à son tour fonction affine de $A'$. Les malheureux étudiants nourris au fléchi-flécha ont du mal à percevoir que $X$, la variable abstraite, est invariante par barycentration des points, mais cela est quand même la base de tout le reste. Preuve: si l'on suppose $A'=k\,A'_1+(1-k)A'_2$, on a aussi: $X=k\,X+(1-k)\,X$, tandis que le déterminant est une forme linéaire en chaque colonne.

    Par conséquent, les lieux de ${\rm trace}\, \mu=Cte$ ou de $\det \mu=Cte$ sont des droites... que l'on peut déterminer par deux points bien choisis. Si l'on s'intéresse aux $A'$ tels que $(X-1)^2$ vienne en facteur, on peut remarquer que $B-A=B'-A'$ introduit une deuxième raison pour avoir $1$ comme valeur propre, en plus de $\mathcal L _\infty=\mathcal L _\infty$.

    Cordialement, Pierre.
  • Mon cher pldx1
    Bienvenue sur le forum après une si longue absence.
    Motiver les gens à faire de la géométrie est une tâche ardue.
    Avec la disparition de la géométrie projective, il est difficile de traiter les points projectivement.
    Quant au fléchi-flécha, j'ai bien l'impression qu'il s'est fait lui aussi la malle!
    Heureusement, en principe il nous reste l'algèbre, mais pour combien de temps encore au train où vont les choses!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour
    Comme annoncé par pldx1, montrons que la fonction $\delta(M)=\det(\overrightarrow{f_M})$ est affine, évidemment avec le fléchi-flécha, le seul moyen encore très provisoirement à notre disposition, puisque la géométrie projective est bannie à tout jamais de notre culture. $$
    \delta(M)=\det(\overrightarrow{f_M})=\dfrac{\varphi(\overrightarrow{f_M}(\overrightarrow{BA}),\overrightarrow{f_M}(\overrightarrow{BC}))}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}=\dfrac{\varphi(\overrightarrow{B'M},\overrightarrow{B'C'})}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})}.
    $$ On en déduit immédiatement : $$
    \delta(M+\xi)=\delta(M)+\dfrac{\varphi(\xi,\overrightarrow{B'C'})}{\varphi(\overrightarrow{BA},\overrightarrow{BC})},
    $$ prouvant que $\delta$ est affine !
    Amicalement.
    [small]p[/small]appus
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