Point de Lemoine

Bonjour à tous
Voici un petit problème pas très difficile sur le point de Lemoine, posé sciemment de façon inhabituelle.
Soit $ABC$ un triangle du plan affine réel
On considère toutes les structures euclidiennes pour lesquelles $\widehat{BAC}=90°$
Quel est alors le lieu du point de Lemoine $K\ $ du triangle $ABC$?
Le point $K$ étant alors choisi sur son lieu, tracer le cercle circonscrit au triangle $ABC$.
Construire les centres des cercles inscrit et exinscrits et déterminer leurs lieux.
Amicalement
[small]p[/small]appus

Réponses

  • Bonjour
    $A^{\prime },B^{\prime },C^{\prime }$ sont les milieux de $\left[ BC\right] ,\left[ CA\right] ,\left[ AB\right] $, $R$ le symétrique de $A$ par rapport à $A^{\prime }$.
    Un (petit) peu de travail pour nos amis :
    - le lieu de $K$ est le segment $\left[ B^{\prime }C^{\prime }\right] $ privé de ses extrémités
    - les centres $I,I_{a},I_{b},I_{c}$ du cercle inscrit et des cercles exinscrits sont sur l'hyperbole $\left( h\right) $ d'asymptotes $RB,RC$ passant par $B^{\prime }$ et $C^{\prime }$

    Il est clair que le cercle circonscrit $\left( O\right) $ est une ellipse de centre $A^{\prime }$passant par $A,B,C,R$. La projection orthogonale de $A$ sur $BC$ étant le symétrique $P$ de $A$ par rapport à $K$ (pourquoi?), $\left( O\right) $ passe aussi par le symétrique $Q$ de $A$ par rapport à $P$
    - la droite $A^{\prime }C^{\prime }$ est la médiatrice de $\left[ AB\right] $
    - les cercles de diamètres $\left[ II_{c}\right] $ et $\left[ I_{a}I_{b}\right] $ sont centrés sur $\left( O\right) $ et passent par $A$ et $B$
    on en déduit une construction affine de $I,I_{a},I_{b},I_{c}$ (ce qui me semble préférable à chercher les points fixes d'involutions) :
    la droite $A^{\prime }C^{\prime }$ coupe $\left( O\right) $ en $p$ et $q$ (voir figure); la droite $Cp$ coupe $\left( h\right) $ en $I$ et $I_{c}$ et la droite $Cq$ coupe $\left( h\right) $ en $I_{a}$ et $I_{b}$.
    Remarque : on pouvait aussi construire les bissectrices de $\left( BA,BC\right) $ de manière analogue à ce qui a été fait pour celles de $\left( CA,CB\right) $
    Amicalement. Poulbot92826
  • Merci Poulbot et Bravo.
    Ci-dessous ma propre figure qui est évidemment la même que la tienne, comment d'ailleurs pouvait-il en être autrement?
    En découvrant nos figures, nos lecteurs se rendent-ils compte qu'ils contemplent une configuration euclidienne des plus banales?
    Tout le monde sait maintenant que je suis un vieux monsieur qui a souvent bien du mal à aller dormir et c'est ainsi qu'en rêvassant, l'idée de ce petit exercice m'est venue.
    Au début, je n'avais aucun préjugé sur le résultat et je ne me suis pas tenu le beau discours que nous avons fait.
    J'ai tracé un brave triangle rectangle $ABC$ sur l'écran de mon ordinateur puis son point de Lemoine $K$ avec la métrique euclidienne dans laquelle nous respirons et que le bon Dieu nous a octroyée et ensuite qu'ai-je fait pour simuler le changement de métrique?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
    PS
    J'imagine très bien Jonathan Swift faisant voyager Gulliver dans une contrée où il aurait été interdit de toucher en quoique ce soit à la Divine Métrique.
    Il n'aurait pas eu de mal aujourd'hui à trouver un tel pays qui se serait trouvé à ses portes!92822
  • Bonjour
    J'ai tracé deux axes rectangulaires $(Ax,Ay)$ puis j'ai choisi un point $B$ en rouge sur $Ax$ et un point $C$ en bleu sur $Ay$.
    J'ai ensuite tracé le point de Lemoine $K$, (j'ai une macro pour cela!).
    Ensuite j'ai demandé au logiciel le lieu de $K$ en rouge quand $B$ se déplace sur $Ax$ pour $C$ fixé puis le lieu de $K$ en bleu quand $C$ se déplace sur $Ay$ pour $B$ fixé et voilà ce que j'ai obtenu!
    Quelle a été ma conclusion?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus92824
  • Bonjour Pappus et merci
    J'ai modifié mon message précédent pour adopter tes notations.
    Amicalement. Poulbot
  • Re-bonjour
    Poulbot wrote :
    "Un (petit) peu de travail pour nos amis :
    - le lieu de $K$ est le segment $\left[ B^{\prime }C^{\prime }\right] $ privé de ses extrémités
    - les centres $I,I_{a},I_{b},I_{c}$ du cercle inscrit et des cercles exinscrits sont sur l'hyperbole $\left( h\right) $ d'asymptotes $RB,RC$ passant par $B^{\prime }$ et $C^{\prime }$"


    $a,b,c$ avec $a^{2}=b^{2}+c^{2}$ désignant les longueurs des côtés de $ABC$ pour la métrique choisie, $K=\left( a^{2}:b^{2}:c^{2}\right) $ est intérieur à $ABC$ et sur la droite d'équation barycentrique $y+z-x=0$.
    Quant à $I,I_{a},I_{b},I_{c}$ de coordonnées $\left( \pm a:\pm b:\pm c\right) $, ils sont sur la conique d'équation $y^{2}+z^{2}-x^{2}=0$.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot.
    Tu as pratiquement tout dit.
    J'essayerai d'expliquer comment j'ai trouvé petit à petit cette configuration affine.
    Sur ma dernière figure, je voyais bien que $K$ était la projection orthogonale de $A$ sur la droite des milieux.
    Rien d'étonnant comme tu l'as dit.
    Comme les coordonnées barycentriques homogènes du point de Lemoine $K$, dans un triangle $ABC$ dont les longueurs des côtés sont notées $BC=a$, $CA=b$, $AB=c$, sont $(x:y:z)=(a^2:b^2:c^2)$, (secret bien gardé par les sectateurs de la géométrie du triangle), le point $K$ se trouve sur la droite d'équation homogène: $-x+y+z=0$ car compte tenu de l'axiome de Pythagore $\widehat{BAC}=90°\iff a^2=b^2+c^2$.
    Il ne faut pas se faire d'illusions, bien des étudiants qui croient posséder une preuve de l'Axiome de Pythagore seront incapables de prouver que cette droite est la droite des milieux $B'C'$.
    Comme le point $K$ possède des coordonnées strictement positives, il se trouve en fait sur le segment ouvert $]B'C'[$.
    Le fait que $AK\perp B'C'$ est lui aussi pratiquement évident car $K$ est défini comme isogonal du centre de gravité $G$, donc les droites $AK$ et $AG$ sont $A$-isogonales. Mais comme le triangle $ABC$ est rectangle en $A$, les points $A$, $G$, $A'$ sont alignés (où $A'$ désigne le milieu de $BC$), i.e $AG=AA'$ mais $AA'$ est le rayon du cercle circonscrit passant par $A$ et sa droite isogonale $AK$ est aussi la hauteur issue de $A$.
    Réciproquement soit $K(q+r:q:r)$ un point du segment ouvert $]B'C'[$, pour quelles métriques euclidiennes, $K$ est-il le point de Lemoine du triangle (rectangle) $ABC$?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour à tous
    On a pas tellement le choix pour la structure euclidienne:
    Si $\bf V$$=x\overrightarrow{AB}+y\overrightarrow{AC}$, on a $\bf V.V$$=c^2x^2+b^2y^2$ car $\widehat{BAC}=90°$
    Comme $(q+r:q:r)=(a^2:b^2:c^2)$ et en supposant $q>0$ et $r>0$, on peut choisir:
    $\bf V.V$$=rx^2+qy^2$ ou toute autre forme quadratique qui lui est positivement proportionnelle.
    Il reste maintenant à reconstituer la figure à partir de la donnée de $K$ sur le segment $B'C'$
    Non vous ne rêvez pas, vous avez bien affaire à un triangle rectangle: $\widehat{BAC}=90°$, seulement la métrique utilisée n'est pas la Divine Métrique qu'aurait pu rencontrer Gulliver.
    Il faut tracer le cercle circonscrit: c'est forcément une conique du genre ellipse passant par les sommets $A$, $B$, $C$, de centre $A'$ le milieu de $BC$, (est-ce encore enseigné?) et passant donc par le point $R$ symétrique de $A$ par rapport à $A'$. Il nous manque un cinquième point et là on a l'astuce suprême de Poulbot: les symétriques de l'orthocentre par rapport aux côtés se trouvent sur le cercle circonscrit.
    Ce qui entraîne que notre cercle doit passer par le point $Q$ tel que $\overrightarrow{AQ}=2\overrightarrow{AP}=4\overrightarrow{AK}$
    Je connaissais d'autant mieux cette astuce que je l'avais eue comme question à l'oral du Bac Mathématiques.
    On utilise alors l'outil conique passant par cinq points et chtok le cercle circonscrit apparait sur votre écran comme un diable sortant de sa boite!
    Maintenant la construction de Poulbot fournit toujours un résultat même si le point $K$ reste sur la droite des milieux mais hors du sement $B'C'$.
    Quel résultat obtient-on et pourquoi?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus92884
  • Bonsoir à tous
    Voilà ce qu'on obtient!
    Explication de gravures?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus92904
  • Bonjour
    On ne saura sans doute jamais pourquoi ce cercle s'est transformé en hyperbole mais basta!
    Il s'agit maintenant de tracer les bissectrices.
    On se rappelle alors que les bissectrices en un sommet du triangle recoupent le cercle circonscrit sur la médiatrice du côté opposé à ce sommet.
    C'est une conséquence triviale du théorème de l'angle inscrit, (est il encore enseigné celui là?).
    Pas de problème avec les bissectrices aux points $B$ et $C$.
    Par exemple la médiatrice de $AC$ est la droite des milieux $A'B'$ et la médiatrice de $AB$ est la droite des milieux $A'C'$.
    Pour la médiatrice de $BC$, c'est à peine plus compliqué, c'est la droite passant par $A'$ et parallèle à $AK$ qui est perpendiculaire à $BC$.
    D'où la figure ci-dessous!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus92930
  • Bonjour Pappus
    "On ne saura sans doute jamais pourquoi ce cercle s'est transformé en hyperbole mais basta! "
    Un (petit) pas : $\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{AC}$ sont orthogonaux pour une forme quadratique ayant pour vecteurs isotropes les vecteurs directeurs des asymptotes de l'hyperbole.
    Amicalement. Poulbot
  • Merci Poulbot
    Effectivement, on a vu que la forme quadratique qui donne la métrique (à un facteur près) ne peut être que $\bf V.V$$=rx^2+qy^2$ et elle est de signature $(1,1)$ .
    Amicalement
    [small]p[/small]apus
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