Y a-t-il une preuve "simple" ?

Bonjour,
Je suis dernièrement tombé sur le résultat suivant (dont je ne connais pas le nom, si quelqu'un le connaît qu'il me le fasse savoir).

Soient trois cercles de centres respectifs I, J et K (non alignés) qui se croisent deux à deux en A et B, en C et D, en E et F.
Alors les droites (AB), (CD) et (EF) sont concourantes.

Je connais une démonstration avec les axes radicaux, mais existe-t-il une démonstration de niveau plus élémentaire (collège) ?

Réponses

  • Le point de concours est le centre radical des trois cercles, mais tu le sais sans doute déjà.
  • Bonjour.

    Il est peu probable qu'il y ait une démonstration niveau collège (actuel). A l'époque où on faisait beaucoup de géométrie en collège, on rencontrait ça en seconde, en exercice sur l'axe radical.

    Cordialement.
  • Essayons.

    Soit $C_1 : eq_1=0$ , $C_2 : eq_2=0$ , $C_3 : eq_3=0$ les équations respectives
    des cercles $C_i$ , le coefficient de $(x^2+y^2)$ valant 1 dans chacune.

    Un point commun à $C_1$ et $C_2$ vérifie les équations $eq_1=0$ , $eq_2=0$ et,
    par conséquent, l'équation $eq_1 = eq_2$ . Dans cette dernière équation les termes
    de degré 2 disparaissent, c'est donc celle d'une droite, et cette droite $D_{12}$ passe
    par les points communs de $C_1 \cap C_2$ .
    Les deux autres droites du problème sont $D_{13} : eq_1 = eq_3$ et $D_{23} :eq_2 = eq_3$ .

    Le point $D_{12} \cap D_{23}$ vérifie les équations $eq_1 = eq_2=0$ , $eq_2 = eq_3$ et,
    par conséquent, l'équation $eq_1 = eq_3$ qui est celle de $D_{13}$ .

    Oh là-là, enfer et damnation !! (Voir le dessin.)96164
  • C'est encore l'utilisation de l'axe radical. Sous la forme "équations" qui n'est pas vu au collège (et pour les cercles, pas vu non plus au début du lycée). mais le mot "collège" n'a peut-être pas le même sens en Suisse.

    Cordialement.

    NB : Pourquoi, dans la figure, avoir dérogé aux hypothèses de l'énoncé ? Pour montrer que la "preuve" est très incomplète ?
  • Bonjour,

    Les centres des cercles ont l'air alignés dans cette figure, du coup on a des droites qui ont l'air plus parallèles que concourantes ...


    Cordialement, JeremyJeff
  • Il est demandé de prouver que les droites $AB$ , $CD$ et $EF$ sont concourantes.
    Elles apparaîtront donc dans toute preuve à un titre ou un autre.

    On peut comprendre ma preuve sans connaître le concept d'axe radical.
    Il n'y intervient donc pas. La seule propriété que j'utilise est leur définition :
    contenir l'intersection de deux des trois cercles.
    Cette hypothèse aussi apparaîtra dans toutes les preuves.

    Mon dessin montre que j'ai mal lu la donnée.

    Bonne suite.
  • "On peut comprendre ma preuve sans connaître le concept d'axe radical"
    Effectivement, mais pas au niveau collège.
  • Collège : les choses à maîtriser.
    Première preuve :
    a) Pythagore
    b) Aisance en calcul littéral (carré d’une somme)
    c) admettre que les points sont disposés comme dans la figure (ordre des points)

    À cause du « b) » c’est devenu très difficile en collège, en pratique.
    En théorie c’est très faisable mais la théorie...

    1)
    Démontrer que quels que soient les quatre points $A$, $B$, $C$ et $D$.
    Les droites $(AB)$ et $(CD)$ sont perpendiculaires revient à dire que $AC^2+BD^2=AD^2+BC^2$.

    2)
    Là je vais être vague mais ça doit fonctionner :
    On considère l’intersection $\Omega$ de deux axes radicaux.
    On a alors $\Omega$ vérifie deux égalités du type « 1) ».
    On montre que $\Omega$ appartient au troisième avec le « 1) ».

    Deuxième preuve :
    Avec l’espace donc ce n’est plus dans le programme de collège mais ça rentre dans une extension « simple ».
    Je reviendrai plus tard.
    L’idée (il faut que je retrouve le fil) : on considère trois sphère de même rayon et là c’est simple (trois plans radicaux dont l’intersection est une droite, c’est juste la caractérisation de la médiatrice (équidistance).
    Ensuite ...
  • Reprenons les trois mêmes cercles (turquoise, notés $C_a:eq_a=0$, $C_b:eq_b=0$, $C_c:eq_c=0$)
    et normalisons leurs équations : $C_a:(x^2+y^2)+\cdots =0$
    Soit $X$ un point non situé sur ces cercles et $a$, $b$, $c$ ses puissances respectives relativement à ces cercles.

    Dans tout cours décent sur les cercles il est écrit que la puissance d'un point relativement à un cercle
    s'obtient en remplaçant à gauche de son équation normalisée $x$ et $y$ par les coordonnées du point.

    Considérons, comme aurait dit mon prof d'antan, paix à son âme, l'équation
    $$
    (*)\qquad C_{ab} : \frac{1}{b-a} (b\,eq_a - a\,eq_b) = (x^2+y^2)+\cdots =0
    $$
    (1) C'est l'équation normalisée d'un cercle
    (2) qui passe par les points communs de $C_a$ et $C_b$ (leurs coordonnées annulent les deux termes de la parenthèse)
    (3) et par tout point dont les puissances $\pi_a$ et $\pi_b$ relativement à $C_a$ et $C_b$ vérifient $\pi_a/\pi_b=a/b$ ,
    (4) notamment par $X$ (on triture la première parenthèse de $(*)$).
    Il y a deux cercles analogues : $C_{bc}$ et $C_{ca}$ .

    Soit Y le second point d'intersection de $C_{ab}$ et $C_{bc}$ , qui existe (help! un blanc), et $\kappa_i$ ses puissances relativement aux $C_i$ . On a
    $$
    \frac{\kappa_a}{\kappa_b} =\frac{a}{b} \quad \text{et} \quad \frac{\kappa_b}{\kappa_c} =\frac{b}{c}
    \quad \text{qu'on multiplie :} \quad \frac{\kappa_a}{\kappa_c} =\frac{a}{c}
    $$
    $Y$ est donc sur $C_{ca}$ .96246
  • P.S
    $X\mapsto Y$ est une transformation du plan inversif qui... que... ?
  • Bonjour,

    On suppose que les 3 cercles (en noir) ne sont pas d'un même faisceau et ne contiennent pas leur centre radical. On considère alors le cycle orange orthogonal aux trois cercles. Il est orthogonal à toute combinaison linéaire des trois cercles initiaux. Et donc au cercles mauves. Prouvant que $X$ et $Y$ sont inverses l'un de l'autre par rapport au cercle orange.

    Question à trois centavos: pourquoi le cercle orange est-il tracé en pointillés ?

    Cordialement, Pierre.96316
  • Bonjour,

    @ pldx1, pour avoir un cercle orthogonal à trois cercles, il faut que le centre radical soit en dehors de ces 3 cercles, non?

    Je voulais également vous remercier tous pour vos contributions qui m'ont permis de mettre un nom sur ce résultat.
    Et pour ceux qui n'auraient pas cliqué sur le lien donné par Math Coss, je vous conseille d'aller y faire un petit tour, c'est une vidéo bien sympathique.
  • @darbouka: on en revient à: pourquoi le cercle orange est-il tracé en pointillés ?
  • Bonjour,

    Après trois jours d'intense suspense, voici la réponse: le cercle est en pointillé parce que le carré du rayon du "vrai cercle" est négatif et donc ce cercle n'est pas visible du tout. L'inversion, de rapport négatif, par rapport au "vrai cercle" peut être vue comme une inversion suivie d'une symétrie centrale. Il reste: comment voir qu'un cercle (visible) est orthogonal au "vrai cercle" quand seul le pointillé est visible ?

    Cordialement, Pierre.
  • Bonsoir à tous
    Voilà la figure demandée par Pierre.
    Il semble me rappeler qu'il doit y avoir dans le Lebossé-Hémery quelques exercices qui tournent autour de cette idée.
    Mais on peut aussi voir cette figure comme la projection stéréographique sur le plan de l'équateur de quelque chose qui se passe sur la Divine Sphère de Riemann que nous possédions encore, il n'y a pas si longtemps, et qui a dû définitivement disparaître dans la matière noire.
    Quelle est cette chose?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus96454
  • Bonsoir,

    Belles digressions, comme toujours. Sans ironie !

    Je rappelle cependant la demande :
    « mais existe-t-il une démonstration de niveau plus élémentaire (collège) »
    En précisant : collège français de 2020.

    Cordialement

    Dom
  • Mon cher Dom
    Cette configuration s'explique simplement par la défunte théorie des axes radicaux.
    Essayer de faire différemment ne sert à rien!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Mon cher [small]p[/small]appus,

    Je ne sais pas dans quel sens tu dis que « ça ne sert à rien ».
    Tu parles certainement du sens géométrique des choses.
    Tu penses certainement, à juste titre, qu’on passe à côté de la substance des choses (axes radicaux, puissance d’un point...).

    Cependant j’ai proposé une solution, certes moins belle, moins « géométrique », mais qui fonctionne avec peu d’outils.
    Mon « 1). », plus haut. Remarque : cette solution ne fonctionne plus lorsque les cercles ne sont pas sécants.

    Très cordialement, bien entendu.

    Dom
  • Mon cher Dom
    C'est tout le problème de la disparition de l'enseignement de la géométrie.
    On est obligé de se raccrocher désespérément aux deux seuls axiomes qui nous restent encore, sans doute très provisoirement: l'Axiome de Thalès et l'Axiome de Pythagore.
    C'est une gymnastique intellectuelle que je trouve un peu vaine!
    Mieux vaut prendre acte du décès de la Géométrie dans notre République Analphabète!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • D’accord pour le constat.
    Mais une réponse autre que « laisse tomber » existe, c’est simplement ce que je dis.
    Faut-il le faire à des élèves ? Je n’en sais rien.
  • Mon cher Dom
    A part ânonner ces deux axiomes, je ne vois pas très bien ce qu'on peut faire de plus et de toutes façons, cela n'a plus d'importance depuis longtemps!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour à tous
    Je trouve que cette question d'axes radicaux est une excellente occasion de faire le point sur l'enseignement de la géométrie.
    Il est clair que la théorie des axes radicaux fournit la preuve la plus simple de la configuration de Darbouka et qu'il est très artificiel d'en présenter une autre.
    Mais que faut-il exactement savoir pour comprendre la notion d'axe radical?
    Eh bien tout simplement connaitre la définition de la fonction puissance d'un point par rapport à un cercle!
    Mais pour ingurgiter cette définition, il faut connaître la théorie des angles inscrits et celle des similitudes.
    On voit déjà que c'est sans espoir!
    Techniquement au niveau supérieur, les fonctions puissances s'additionnent et se multiplient par un scalaire pour engendrer un espace fonctionnel, appelé espace des cercles ou des sphères qui fournit le bon cadre pour faire de la géométrie circulaire
    Au niveau inférieur du Secondaire, on se contentait autrefois de chercher le lieu des points $M$ du plan tel que $MA^2\pm MB^2=Cte$, cela n'allait pas plus loin mais apparaissait suffisant pour faire de la géométrie sans se limiter frileusement aux axiomes de Thalès et de Pythagore!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • @pappus
    Ma courte preuve n'utilise pas le concept, appelons-le R, d'axe radical.
    Quand tu dis que R rend la preuve immédiate
    tu oublies la théorie pas si simple qui est nécessaire
    pour mettre R en place.

    Si la preuve contient cette théorie, elle s'allongera considérablement.

    J'ai élaboré ma preuve en prenant celle utilisant R et en essayant
    d'évincer R pour obtenir une preuve plus élémentaire.

    With kindest thoughts.
  • Mon cher Soland
    Excuse moi, j'avais bien noté ton intervention mais j'avais oublié d'en parler!
    Bon en fait tu fais de la géométrie analytique et tu travailles sans le dire dans ce fameux espace des cercles dont je parlais.
    Tout revient à montrer que la fonction puissance d'un cercle est donnée par le polynôme de son équation normalisée.
    Avec ta méthode, l'orthogonalité de deux cercles s'exprime de façon très agréable.
    Je me souviens avoir été émerveillé par l'élégance de cette théorie, la première fois que je l'ai rencontrée c'est à dire en Math Sup.
    On ne pouvait le faire avant et encore moins aujourd'hui où il ne nous reste plus que le cercle trigonométrique!
    Je ne sais pas ce qu'il en est dans les alpages mais chez nous la géométrie analytique se limite à tracer un axe des $x$ et avec une équerre si possible, un axe des $y$, éventuellement quelque droite ou le cercle trigonométrique et cela ne va guère plus loin!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour.

    On a une équivalence entre $x^2+y^2+ax+by+c=x^2+y^2+a'x+b'x+c'$ et $(a-a')x+(b-b')y+(c-c')=0$. C'est la méthode d'Al-Khwarizmi. Pour paraphraser ce bon monsieur Sully, transposition et réduction sont les deux mamelles de l'algèbre. Il reste à savoir qu'une équation du premier degré détermine une droite lorsqu'elle détermine quelque chose. Cela c'est simplement Thalès: une droite est une courbe qui va en ligne droite, c'est à dire à pente constante. Dès que l'on a appris à compter les carreaux sur du papier quadrillé, on dispose de cet outil.

    Il n'est donc pas nécessaire de plonger le problème dans $\mathfrak C$, l'espace projectif des cycles. D'un autre côté, cela explique pourquoi on va imaginer des cercles imaginaires (centre visible, carré du rayon négatif): un faisceau de cycles étant une droite de $\mathfrak C$, il faut bien faire quelque chose des points de cette droite lorsqu'ils se trouvent à l'intérieur de la quadrique fondamentale. Cela donne les cercles orange pointillés. Schwerdtfeger n'est plus très loin.

    Cordialement, Pierre
  • Merci Pierre
    En tout cas, espace des cycles ou non, la question n'a plus d'importance aujourd'hui puisque tout a disparu.
    On peut continuer à faire mumuse avec les axiomes de Thalès et de Pythagore, on se console comme on peut.
    Tout n'est pas perdu peut-être!
    Je suis frappé par la pertinence des exercices proposés par Soland mais il est vrai qu'il vit dans les alpages!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour, un lien http://villemin.gerard.free.fr/GeomLAV/Triangle/Propriet/Hauteur1.htm#cercle


    que j'ai trouvé, il y a aussi une généralisation avec les axes d'ellipses...
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