Possibilité d'une trisection

Bonjour,

Soient $(d_1)$,$(d_2)$,$(d_3)$ et $(d_4)$ quatre droites concourantes en un point $O$.
À quelle condition angulaire sur ces droites existe-t-il une droite $(d)$ les coupant respectivement en $A_1$, $A_2$, $A_3$ et $A_4$ avec $A_2$ et $A_3$ partageant le segment $[A_1 A_4]$ en trois parts égales ? Proposer une construction lorsque cette condition est remplie.123900

Réponses

  • Bonjour ludwig,

    J'ai été passionné par une question analogue il y a deux semaines, mais je t'avoue n'avoir pas cherché à l'époque du côté des angles. Je n'ai donc aucune réponse angulaire.

    Voici un dessin qui avait surgi.
    Ma conclusion (de la réflexion d'il y a deux semaines) est que le faisceau dont tu parles est au faisceau harmonique ce que les quartiles sont à la médiane, en statistiques. Eux sont en rapport avec $\Omega_1$ et $\Omega_3$, elle avec $\Omega_2$.

    Des calculs montrent que le faisceau de droites $(MM_1)$, $(MM_2)$, $(MM_3)$, $(MO)$ a exactement le birapport caractéristique de ton faisceau (dont un des avatars est -3, ce qui nous change agréablement du birapport harmonique -1).

    Devinette. Si tel est le cas, une certaine sécante du faisceau doit le partager en les trois parts égales demandées par ludwig. Voyez-vous cette sécante ?

    Amicalement,
    Swingmustard123904
  • Bonjour Ludwig, c'est une trisection mais pas très profonde pour l'être, je voulais dire qu'on passe par deux milieux pour arriver et donc en calcul ce n'est pas compliqué, si $(d_i)$ sont les droites de pentes $\tan(\alpha_i)=a_i$ avec $\alpha_i$ en ordre croissant, on aura à vérifier le système $\begin{cases}a_2=\dfrac{2a_1a_3-(a_1+a_3)x}{a_1+a_3-2x}\\a_3=\dfrac{2a_2a_4-(a_2+a_4)x}{a_2+a_4-2x}\end{cases}$ Le nombre $x$ est la pente de la droite orange candidate pour le troisième côté. Il y a un argument de faire tourner en cycle les pentes ici j'ai commencer par $a_1$ dans un repère orthonormal donné de centre $O$.
    La preuve de la pente médiane ici http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?8,2237334,2239206#msg-2239206.

    Cordialement.
  • Je poursuis la comparaison entre faisceau qui t'intéresse, qu'on pourrait appeler "faisceau pour dessiner un damier en perspective" et faisceau harmonique. Chaque faisceau noir est coupé par trois sécantes issues de $P$, qui sert d'origine pour des "abscisses" des points d'intersection. Le quadrillage a été utilisé pour qu'elles soient faciles à vérifier, et permettent un contrôle simple du birapport.
    Penchons-nous sur le cas vert : quand la sécante est parallèle à l'une des droites du faisceau.
    (Autres couleurs : embleumatique; rouge de / pour le plaisir.)

    Le faisceau est celui qui t'intéresse (1er dessin), si et seulement si le segment sécant vert est partagé en son quart ou aux trois quarts.

    Le faisceau est harmonique (2ème dessin) si et seulement si le segment sécant vert est partagé en son milieu.

    Ce n'est qu'une deuxième manière de présenter la condition déjà proposée : Le birapport du faisceau vaut -3. (Toujours pas d'angle, désolé.)

    Quand une réponse apparaîtra pour ta question de construction (tu ne dis pas si tu l'as. Moi non), j'aurai envie de poser presque la même.
    Construire la direction des sécantes d'un faisceau harmonique qui partagent celui-ci dans des parts proportionnelles à 2, 1, 3 ?
    (Qui sont Zwei = 2, Drei - Zwei = 1, Sechs - Drei = 3, à savoir les plus petits entiers pour un tel partage, donc, pour moi, aussi emblématiques que 1, 1, 1 pour l'autre faisceau.)

    (Je vois qu'il y a une réponse de Tonm, que je vais lire après avoir envoyé ce message.)
    Amicalement,
    Swingmustard123914
    123916
  • En fait, je ne vois pas pourquoi aller chercher des angles ou des pentes.

    1) Condition. Soit $(d')$ la parallèle à $(d_4)$ passant par $A_2$. Soit $A'_1$ (resp. $A'_3$) son intersection avec $(d_1)$ (resp. $(d_3)$).
    Le faisceau testé est du type qui t'intéresse si et seulement si $$\dfrac{A_2A'_1}{A_2A'_3}=3^{\pm1}$$

    2) Construction. Un truc dans ce goût-là ? (Sais toujours pas.)

    Amicalement,
    Swingmustard
  • Au diable l'élégance.
    Tu nous proposes un quarteron de droites.
    D'un point $A_4$ arbitraire sur $(d_4)$, traçons la parallèle $(A_4B)$ à la droite $(d_1)$.
    Soit $C$ le symétrique de $A_4$ par rapport à $B$.
    Alors le projeté $A_1$ de $C$ sur $(d_1)$ parallèlement à $(d_4)$ nous donne $(d)=(A_1A_4)$ cherchée.
    Amicalement,
    Swingmustard123942
  • Je n'ai pas compris ce que tu veux dire avec le birapport Swingmustard, en tous cas je ne vois pas quelle sécante du faisceau que tu introduis répond au problème. Et je ne vois pas comment ta dernière construction peut fonctionner car elle ne dépend pas de la droite $(d_2)$.
    Tonm tu peux proposer une construction à partir de tes calculs ?
  • C'est simple si on a le système vérifié (équation entre les quatres pentes) il suffit de tirer la pente $x$ et tracer une droite ayant cette pente. En fait si on a l'existence de tel droite on peut la construire comme l'a fais swingmustard à la fin (symétrie puis parallèle).
  • De mon côté j'ai construis $d_3$ et $d_4$ connaissant $d_1$, $d_2$ et la sécante $d$.
    J'ai pris $O(0,0)$, $A_1(1,0)$ et $d_1=(OA_1)$.
    Soient $P$ le symétrique de $A_1$ par rapport à $O$ et $Q$ celui de $O$ par rapport à $P$.
    $(d_2)$ coupe le cercle trigonométrique en $B$.
    Si $M$ est un point variable de ce cercle, définissant la sécante par $d=(MA_1)$, alors $A_3$ et $A_4$ sont parfaitement définis : il suffit de tracer les parallèles à $d_2$ passant par $P$ et $Q$, qui coupent $d$ respectivement en $A_3$ et $A_4$.
    Cette construction peut aider pour trouver la condition demandée je pense.123956
  • Si je te suis Tonm, la sécante existe si et seulement si :
    $$\operatorname{tan} \left( a_1 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_2 \right) - 4 \; \operatorname{tan} \left( a_1 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_3 \right) + 3 \; \operatorname{tan} \left( a_1 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_4 \right) + 3 \; \operatorname{tan} \left( a_2 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_3 \right) - 4 \; \operatorname{tan} \left( a_2 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_4 \right) + \operatorname{tan} \left( a_3 \right) \; \operatorname{tan} \left( a_4 \right) = 0.$$
  • Bonjour ludwig,
    Pardon de ne pas expliquer assez le birapport. D'autres sources le feront mieux que moi, mais je t'assure que c'est le meilleur outil pour tes questions.
    1) Tu demandais une condition : sur ton dessin, tu viens de tracer deux belles parallèles à l'une des droites du faisceau : la droite $(d_2)$. Comme annoncé, ton dessin fonctionne parce que, sur celle passant par $A_3$ par exemple,
    $$\dfrac{A'_4P}{A'_4A_3}=3$$
    en appelant $A'_4$ le point d'intersection de ta parallèle avec $(d_4)$.
    2a) Tu crois que ma construction oublie $(d_2)$. Ce n'est pas le cas, et tu avais bien posé le problème en séparant Condition, puis Construction : dès lors que le faisceau est de ce type, $(d_2)$ est embarquée avec les autres, donc n'est pas oubliée.

    Spoiler : je suis content de ce qui précède. En revanche, même si ce qui suit fonctionne, c'est bien maladroit. Passer au message suivant...

    2b) Presque la même construction, toujours basée sur l'idée de birapport lu sur une parallèle, du coup il devient un simple rapport, car tu envoies le quatrième point à l'infini, ce qui rend le deuxième rapport égal à 1.
    D'un point quelconque de $(d_2)$, nous traçons une parallèle à $(d_1)$ et une parallèle à $(d_4)$.
    Nous avons formé un parallélogramme dont $(d_2)$ est la diagonale (donc tu diras que j'oublie $(d_3)$, et je répondrai "Non non... Elle est prise en compte dans la condition (1)" ;-)).
    Alors, dans le triangle formé par $(d_1)$, $(d_4)$ et l'autre diagonale de ce parallélogramme, la direction que tu cherches est donnée par la médiane issue du sommet sur $(d_4)$.
    En tout cas merci pour le problème !
    Amicalement,
    Swingmustard
  • ludwig, il faut faire le ménage dans la construction.
    Mon parallélogramme est trop compliqué, c'est ton idée la meilleure. Tu dois juste supprimer ton cercle et tes points $M$, $Q$.
    Construction.
    Fixer $A_1$ arbitrairement, tracer $P$ comme tu l'as fait. Alors la sécante de rêve est $(A_1A_3)$, où $A_3$ est l'intersection de $(d_3)$ avec la parallèle à $(d_2)$ issue de $P$ !
    Bravo !
    Swingmustard.
  • @Ludwig c'est l'égalité du système, et ici c'est un seul $x$, on a commencé $d_1,d_2,d_3,d_4$ où j'ai supposé $d_2$ et $d_3$ médiane. Il faut faire le tour $4$ fois, en commençant par $d_2$ et alors $d_3$ et $d_4$ seront médiane etc donc le si et seulement si d'existence est à vérifier pour quatres systèmes-équations.
  • Et la possibilité d'une $n$-section ? Quelle est la condition pour que $n+1$ droites concourantes puissent être coupées par une droite en $n+1$ points formant un segment partagé en $n$ parts égales ?
  • Bonjour, c'est la même chose disons $(d_i), i=1\ldots n$ (dans l'exemple du post $n=4$ donnant trois parties égales), j'ai noté $a_i=\tan(\alpha_i)$ où les angles sont en ordre croissant dans $[0;2\pi]$, on aura à vérifier qu'un seul $x$ (pente) existe verifiant $n-2$ équations. Puis on tourne en cycle pour avoir $n$ systèmes chacun à $n-2$ équations pour trouver la pente $x$ possible. NB. Je n'ai pas tous écris mais sa semble le point pour répondre justement.

    Une droite verticale a une pente comme une limite infini.
    On peut donner plein d'exemples numériques pour être clair...
  • À suivre...
    Amicalement,
    Swingmustard123996
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