Une relation entre 3 vecteurs du plan

Bonjour
Soient trois vecteurs $(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v}, \overrightarrow {w})$ non-nuls du plan, de modules $(u, v, w)$.
La relation
$uvw[1 + \cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow {w})\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u}) + \cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {w})\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow {u})\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {v})] $
$\qquad= u\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow {w}) + v\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u}) + w\cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})$ est-elle un classique ?
A+
Il arrive qu'un prince ait des scrupules... Une république n'en a jamais. (Aristobule de Samos)

Réponses

  • Bonjour Piteux_gore
    Qu'est-ce qui est classique et qu'est-ce qui ne l'est pas?
    Seuls Thalès et Pythagore le savent!
    La seule identité scalaire entre trois vecteurs $\bf u$, $\bf v$, $\bf w$ du plan euclidien est:
    $$\mathrm{Gramien}(\bf u,\bf v, \bf w)=0$$
    et cela équivaut à ton identité bizarre dont le premier membre se simplifie car tu as écrit deux fois le même terme!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • RE

    Je n'avais pas les yeux en face des trous !

    La relation est donc
    $uvw[1 + 2\cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow
    {w})\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u})] = u\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow {w}) + v\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u}) + w\cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})$.

    Je l'ai obtenue sans gramien, concept dont j'ignore la signification.

    Si l'on passe aux coordonnées (en repère orthonormé), est-ce que l'on n'obtient pas en fin de compte une sorte de relation métrique générale entre points du plan ?

    A+
    Il arrive qu'un prince ait des scrupules... Une république n'en a jamais. (Aristobule de Samos)
  • Mon cher Piteux-gore
    Crois-en ma vieille expérience!
    Il vaut mieux connaître la définition du gramien que ton identité difficile à mémoriser!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Il est probable que le Gramien est le déterminant de Gram, non ?
  • $\left\vert
    \begin{array}{ccc}
    u^{2} & vu\cos (\overrightarrow{v},\overrightarrow{u}) & wu \cos(\overrightarrow{w%
    },\overrightarrow{u}) \\
    uv \cos (\overrightarrow{u},\overrightarrow{v}) & v^{2} & wv\cos (\overrightarrow{w%
    },\overrightarrow{v}) \\
    uw\cos (\overrightarrow{u},\overrightarrow{w}) & vw\cos (\overrightarrow{v},%
    \overrightarrow{w}) & w^{2}%
    \end{array}%
    \right\vert =0$.
  • Mon cher Chaurien
    Oui
    Le gramien est le déterminant de la matrice de Grammm en toute dimension
    Il faut donc savoir ce qu'est une dimension, ce qu'est une matrice, ce qu'est une matrice de Gram et ce qu'est un déterminant.
    Avec les programmes actuels, les axiomes de Thalès et de Pythagore sont largement suffisants, nul besoin de s'encombrer l'esprit avec de telles fadaises!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Pour des vecteurs non nuls, on a :

    $\left\vert
    \begin{array}{ccc}
    1 & \cos (\overrightarrow{v},\overrightarrow{u}) & \cos (\overrightarrow{w},\overrightarrow{u}) \\
    \cos (\overrightarrow{u},\overrightarrow{v}) & 1 & \cos (\overrightarrow{w},\overrightarrow{v}) \\
    \cos (\overrightarrow{u},\overrightarrow{w}) & \cos (\overrightarrow{v},\overrightarrow{w}) & 1\end{array}%
    \right\vert =0$.

    Mais ça ne donne pas la même chose que Piteux_gore puisque les normes des vecteurs ont disparu, ce qui est normal si l'on y réfléchit.
  • Mon cher pappus, je déplore et dénonce moi aussi la baisse continue du niveau de notre enseignement, mais le déterminant de Gram n'a jamais été enseigné dans le Secondaire. Et on le voit toujours en Math Spé dans les espaces euclidiens de toutes dimensions. Je l'ai plusieurs fois posé en colle il n'y a pas si longtemps.
  • Mon cher Chaurien
    En principe nombre de nos enseignants du Secondaire se sont frottés au Capes ou à l'Agrégation où ils ont vu plein de choses qu'ils n'auront pas à enseigner mais qui leur seront utiles pour dominer leur enseignement!
    Le gramien fait partie de ces choses là
    $$\begin{vmatrix}
    u.u&u.v&u.w\\
    u.v&v.v&v.w\\
    u.w&v.w&w.w
    \end{vmatrix}
    $$
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Explication. Le déterminant de Gram de trois vecteurs est :
    $G(\overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w})=\left\vert
    \begin{array}{ccc}
    \overrightarrow{u}\cdot \overrightarrow{u} & \overrightarrow{v}\cdot
    \overrightarrow{u} & \overrightarrow{w}\cdot \overrightarrow{u} \\
    \overrightarrow{u}\cdot \overrightarrow{v} & \overrightarrow{v}\cdot
    \overrightarrow{v} & \overrightarrow{w}\cdot \overrightarrow{v} \\
    \overrightarrow{u}\cdot \overrightarrow{w} & \overrightarrow{v}\cdot
    \overrightarrow{w} & \overrightarrow{w}\cdot \overrightarrow{w}%
    \end{array}%
    \right\vert $, où $\overrightarrow{u}\cdot \overrightarrow{v}$ désigne le produit scalaire.
    On montre sans trop de mal qu'il est le carré de : $\det (\overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w})$, pris dans une base orthonormale.
    Ce qui explique pourquoi $G(\overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w})=0$ est une condition nécessaire et suffisante de coplanarité des trois vecteurs, comme le dit pappus à demi-mot.
    On a la même propriété en dimension quelconque, et plus précisément la matrice de Gram est de même rang que la famille des vecteurs.
    Le déterminant de Gram sert aussi à calculer la distance à un sous-espace. C'est vraiment un bel objet mathématique, et pappus a bien raison de nous le rappeler.
    Il est compréhensible que le produit des normes des vecteurs se mette en facteur et que pour des vecteurs non nuls on se retrouve avec un déterminant dont les coefficients sont les cosinus de leurs angles mutuels, angles « vulgaires» du rapporteur. Ce qui me fait venir un doute au sujet de la formule de Piteux_gore.
    Bonne soirée.
    Fr. Ch.
  • RE

    Je suis arrivé à la formule en écrivant que les trois vecteurs sont liés, puis en multipliant cette égalité vectorielle par chacun des trois vecteurs, ce qui donne un système homogène, puis en annulant le déterminant dudit système, etc.

    A+
    Il arrive qu'un prince ait des scrupules... Une république n'en a jamais. (Aristobule de Samos)
  • Mon cher Piteux_gore
    Autrement dit, tu as fait du gramien sans le savoir!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • RE

    Je m'étais trompé en recopiant ma formule dans Latex ; effectivement, pour des vecteurs non-nuls les normes disparaissent.
    La relation est $1 + 2\cos(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})\cos(\overrightarrow {v}, \overrightarrow
    {w})\cos(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u}) = cos^2(\overrightarrow {v}, \overrightarrow {w}) + cos^2(\overrightarrow {w}, \overrightarrow {u}) + cos^2(\overrightarrow {u}, \overrightarrow {v})$.

    Par exemple, si les vecteurs correspondent aux côtés d'un triangle équilatéral, alors la formule donne
    $1 + 2.(-1/2)^3 = (-1/2)^2 + (-1/2)^2 + (-1/2)^2$.

    A+
    Il arrive qu'un prince ait des scrupules... Une république n'en a jamais. (Aristobule de Samos)
  • Mon cher Piteux_gore
    Si on applique le gramien aux vecteurs $\overrightarrow u=\dfrac{\overrightarrow{BC}}{BC}$, , $\overrightarrow v=\dfrac{\overrightarrow{CA}}{CA}$, $\overrightarrow w=\dfrac{\overrightarrow{AB}}{AB}$, on tombe sur le déterminant:
    $$\begin{vmatrix}
    1&-\cos(\widehat C)&-\cos(\widehat B)\\
    -\cos(\widehat C)&1&-\cos(\widehat A)\\
    -\cos(\widehat B)&-\cos(\widehat A)&1
    \end{vmatrix}=
    1-\cos^2(\widehat A)-\cos^2(\widehat B)-\cos^2(\widehat C)-2\cos(\widehat A)\cos(\widehat B)\cos(\widehat C)=0$$
    qui n'est autre que l'identité $13.13$, page $102$ du Lalesco
    Tu vois, tu ne risquais pas de trouver quelque chose de nouveau!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • RE

    Je viens de la dénicher, accompagnée d'une preuve purement trigonométrique, dans le fameux recueil des 273 formules, dont à propos duquel il a été question sur ce site voici quelque temps.

    A+
    Il arrive qu'un prince ait des scrupules... Une république n'en a jamais. (Aristobule de Samos)
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