Triangle tangent à une conique projective

Bonjour,

Je sèche sur l'exercice suivant.

Soit $ABC$ un triangle dans un plan projectif. On suppose que les trois côtés $(BC), (CA), (BA)$ sont tangents à une conique $\cal{C}$ non dégénérée respectivement en $A', B'$ et $C'$.
Montrer que $(AA'), (BB')$ et $(CC')$ sont concourantes.

Plus exactement, j'y arrive en prenant un repère projectif. Mais je cherche une démonstration géométrique. Pouvez-vous m'aider ?

Merci d'avance.

Réponses

  • Bonsoir Julia,

    Tu peux regarder du côté du théorème de Brianchon.
    P.S. : Le point de concours des droites $(AA'),(BB'),(CC')$ s'appelle le perspecteur de la conique $\cal C$.
  • Bonjour gai requin et merci.

    Justement je n'arrive pas à me mettre dans la configuration du théorème de Brianchon. Dans ce théorème, il faut 6 points sur la conique avec leurs tangentes, et là on n'en a que 3. Alors on peut toujours rajouter les autres points d'intersection des droites $(AA')$, $(BB')$, $(CC')$ avec la conique avec leurs tangentes, mais ça ne marche encore pas car on perd de vue les 3 droites dont on veut prouver qu'elles sont concourantes.

    Peux-tu m'en dire un peu plus, par exemple, sont-ce bien là les 3 autres points et leurs tangentes qu'il faut considérer sur la conique ?
  • Bonjour Julia,

    Ce que tu cherches est en fait un cas limite de Brianchon, en considérant dans cet ordre-là les six tangentes $AB,BC,AC,AC,AB,BC$.
  • Bonsoir à tous
    Bien sûr, on peut invoquer les mânes de Brianchon mais il y a des passages à la limite peu clairs pour des débutants.
    Le mieux est de passer par le plan affine en choisissant la droite de l'infini de façon astucieuse.
    Quelle est la configuration obtenue quand on envoie par exemple la droite $BC\ $ à l'infini?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonsoir pappus,

    Il faut quand mettre s'y connaître en parabole affine !114644
  • Ben oui, Gai Requin!
    Il faut s'y connaître mais il y a un commencement à tout!!
    Joyeux Noël
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Bonsoir,
    Le calcul analytique dans le cas de la parabole $y=x^2$ est très court, quand on sait que l'équation de la tangente au point d'abscisse $x$ est $Y-x^2=2x(X-x)$.
  • Merci à vous.

    Je ne suis pas convaincue par le passage à la limite, sachant que parmi les 6 points de "tangence" $A',B',C',A,B,C$, ou bien 3 ne le sont plus par le passage à la limite, ou bien on ne considère plus les mêmes droites. Mais je n'ai peut-être pas les outils pour m'en convaincre.

    Sinon, en envoyant $(BC)$ à l'infini, il faut savoir qu'on obtient une parabole. J'imagine qu'il y a un autre moyen qu'analytique pour prouver le résultat intermédiaire de la parabole (ce que je voulais éviter).
  • Bonjour Julia,

    Brianchon concerne six tangentes à une conique desquelles on forme trois droites concourantes, c'est la version duale du théorème de Pascal qui concerne six points d'une conique desquels on forme trois points alignés.
    Sur la figure suivante, que se passe-t-il au niveau des tangentes lorsqu'on fait tendre $M$ vers $A$ ?
    Une fois cela acquis, on peut appliquer sans sourciller Brianchon aux six tangentes $AB,BC,AC,AC,AB,BC$ à ta conique inscrite dans le triangle $ABC$.114656
  • Bonjour
    Le débat entre ceux qui veulent utiliser la géométrie analytique et ceux qui ne veulent pas a été tranché depuis longtemps en faveur des premiers.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • @Julia :
    J'explique ici la figure qu'on trouve [là].
    $BC$ est tangente à ta conique $\cal C$ donc, dans la carte affine où $BC$ est à l'infini, la trace de $\cal C$ est une parabole de point à l'infini $A'$.
    En particulier, $AA'$ (en vert) est dans la direction asymptotique.
    De plus, $B'C'$ étant la polaire de $A$, le milieu de $B'C'$ est sur $AA'$ (c'était autrefois classique je crois).
    Soit alors $\Omega$ tel que $AB'\Omega C'$ soit un parallélogramme.
    Il est clair que $\Omega\in AA'$.
    Enfin, $B$ et $C$ étant les points à l'infini respectifs des droites $AC'$ et $AB'$, on a également $\Omega\in BB'\cap CC'$ par construction.
  • Merci gai requin. Déjà, pour être tangente aux 3 côtés d'un triangle, il me semble que la conique est forcément une ellipse (je ne sais pas si ce terme s'emploie pour une conique projective, une variété topologique fermée serait peut-être plus appropriée, bien que ce terme m'évoque quelque chose d'assez vague). Comment montre-t-on ensuite qu'en envoyant $(BC)$ à l'infini, on obtient dans l'affine complémentaire une parabole de direction $(AA')$, avec $B$ et $C$ les points à l'infini des droites $(AC')$ et $(AB')$ ?
  • Bonjour Julia,

    Pour ta première question, on appelle conique inscrite dans $ABC$ toute conique tangente aux droites $AB,AC,BC$.
    Comme je suis fan de paraboles, j'attache la figure suivante.114754
  • @Julia : $BC$ étant tangente à ta conique, elle ne la coupe qu'en un seul point $A'$.
    Donc, en envoyant $BC$ à l'infini, la trace de ta conique dans le plan affine restant n'a qu'un seul point à l'infini, à savoir $A'$.
    C'est donc une parabole de direction asymptotique $AA'$.
    De plus, $B\in AC'$ et $B$ est rejeté à l'infini donc $B$ devient le point à l'infini de $AC'$.
    Même chose pour $C$.
  • Merci beaucoup gai requin, c'est une figure très parlante. Donc j'imagine que toute conique (pas seulement les ellipses) peut être tangente aux 3 droites d'un triangle.
  • Bonjour à tous
    En résumé si une conique du plan affine est tangente aux droites $BC$, $CA$, $AB$ respectivement en $A’$, $B’$, $C’$, alors les droites $AA’$, $BB’$, $CC’$ sont concourantes en un point $P$ éventuellement à l’infini.
    Réciproquement si on se donne un point $P$ éventuellement à l’infini et si $A’B’C’$ est son triangle cévien, il existe une conique tangente aux droites $BC$, $CA$, $AB$ respectivement en $A’$, $B’$, $C’$.
    Discuter le genre de cette conique suivant la position de $P$.
    Là, bien forcé de calculer en coordonnées quelles qu’elles soient!!!!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Ok gai requin, je crois comprendre. On part d'une conique projective, une droite quelconque est située à l'infini : cela permet de la représenter sur un dessin : ton dessin.
    Puis on envoie $(BC)$ à l'infini, c'est-à-dire qu'on se situe dans le complémentaire affine de $(BC)$. Alors la conique projective devient dans cette carte une conique affine (résultat de cours), qui est une parabole de sommet $A$, de direction $AA'$ (la perpendiculaire à la tangente en $A'$), et de branches $AB'$ et $AC'$.

    Alors les droites perpendiculaires aux tangentes à la parabole en $B'$ et $C'$ (soit $(BB')$ et $(CC')$) se coupent sur $AA'$ (propriété de la parabole). Donc $(BB')$, $(CC')$ et $(AA')$ sont concourantes. Et le fait que $B$ et $C$ soient situés sur la droite située à l'infini n'y change rien.
  • pappus, je n'ai rien contre la géométrie analytique, bien au contraire, je me demandais pourquoi on faisait appel à elle pour démontrer ce résultat, tandis que le théorème de Pascal par exemple peut se démontrer directement.
  • Bonjour
    Que sous-entends-tu en disant que le théorème de Pascal peut se montrer directement?
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • i.e., sans envoyer une droite à l'infini, et sans passage à la limite.
  • Merci Julia Paule
    Il y a des dizaines de démonstrations du théorème de Pascal sans envoyer la droite de Pascal à l’infini et j’en ai donné quelques unes ici même sans obtenir la moindre réaction.
    A laquelle d’entre elles fais-tu allusion?
    Meilleurs Vœux
    [small]p[/small]appus
  • Bonjour pappus,

    Celle de mon cours : à l'aide de l'égalité de 2 ou 3 birapports (de points situés sur les droites $(B'A)$ d'une part, $(B'C)$ d'autre part, et sur la conique), et de la perspective de centre $R$ de $(B'A)$ sur $(B'C)$.
  • Merci Julia Paule
    Tu n'as pas détaillé mais on devine que c'est une démonstration de géométrie projective, birapports, perspective, etc...
    Bref tout l'attirail de la géométrie projective et de ses groupes de transformations doit y passer comme on le sait.
    Peut-on appeler cela de la géométrie synthétique?
    Je ne sais pas
    Mais en tout cas, il faut maitriser sa géométrie projective.
    Grosso modo une conique projective a une structure de droite projective.
    Elle possède donc un groupe de transformations préservant cette structure.
    Les éléments de ce groupe sont appelés homographies de cette conique.
    Pour décrire géométriquement l'action d'une homographie sur les points de la conique, on a besoin d'un objet appelé axe de l'homographie.
    Et le théorème de Pascal apparaît alors comme un minuscule corollaire de l'existence de cet axe.
    Comme la géométrie projective a disparu, on comprend que cette démonstration passe par dessus la tête de la plupart de nos étudiants qui n'auront jamais qu'à faire ânonner les axiomes de Thalès et de Pythagore à leurs élèves en guise de géométrie.
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
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