Constructions dans un domaine contraint

Bonjour,
je cherche des énoncés de constructions à la règle et au compas dans le plan privé d'un domaine $\mathbf{D}$.
Plus formellement, on s'autorise toutes les constructions usuelles sauf celles s'appuyant sur un point $P\in \mathbf{D}$ ou deux points $A$ et $B$ tels que le segment $[A,B]$ intersecte $\mathbf{D}$ (donc -dans ce cas - pas de droite $(A,B)$ construite uniquement à partir de ces points ni de cercle de centre $A$ passant par $B$ ni de report de la distance entre $A$ et $B$ en utilisant l'écartement du compas...).

Exemple de problème : On se donne un cercle $\mathcal{C}$ et on s'interdit le disque intérieur du cercle. Construire un segment de longueur égale au rayon de $\mathcal{C}$.
On peut aussi chercher à construire un tel segment approchant le rayon à une précision fixée (par la longueur d'un segment fourni) lorsque le domaine interdit est $\mathcal{C}$ lui-même (donc pas de tangente possible). Une solution non itérative est-elle possible ?

Bien sûr, si $\mathbf{D}$ est borné et son complémentaire est d'intérieur connexe, on peut construire sur la partie du plan disponible un quadrillage, et de nombreuses constructions peuvent se faire en translatant les données du problème dans une zone assez vaste et éloignée de $\mathbf{D}$... mais l'idée ici est plutôt de trouver des constructions astucieuses que simplement en affirmer l'existence.

Vos idées sont les bienvenues.

Réponses

  • Que tu interdises d'utiliser les points de $D$, je comprends, mais pourquoi alors interdire d'utiliser le compas entre $A$ et $B$ si aucun des deux n'est dans $D$ ?
  • Il s'agit d'une contrainte que je trouve logique : une façon de voir la contrainte est d'imaginer que (en 3D) le domaine $\mathbf{D}$ est la trace d'un cylindre de hauteur infinie au dessus du plan. Evidemment, si on s'autorise le tracé de tel cercles, les éventuels problèmes de constructions s'en trouvent simplifiés.
  • Un classique :
    On donne deux droites dont le point d'intersection est inaccessible.
    Construire leur bissectrice.
  • Merci, c'est tout à fait le genre d'énoncés que je cherche.
  • Bonsoir,

    Le problème posté par Soland est bien connu en effet. Cela dit je n'aime pas beaucoup l'adjectif inaccessible, écrit sans rien de plus dans l'énoncé. Car comment le comprendre ? Ne doutez pas qu'une telle formulation sera problématique pour les élèves (bon après je ne sais pas ce que tu veux faire de ces constructions axiopost) ?
    De quoi parle-t-ton ? Car inaccessible ce point ne l'est pas bien sûr. Il l'est pas une construction qui inclut le domaine exclu (!), et aussi il l'est par des opérations mentales (on imagine très bien sa position). Donc, il faut préciser de quelle inaccessibilité on parle.
  • Le mot inaccessible est pourtant clair, et le problème, comme dit Soland, est classique.
    https://debart.pagesperso-orange.fr/ts/intersection-inaccessible.mobile.html
  • Bonjour Ludwig.

    Il s'agit pour moi de simples énigmes à proposer pour aiguiser sa réflexion.
    Dans le cas du problème concernant la bissectrice, il s'agit simplement de considérer que le domaine interdit $\mathbf{D}$ est réduit au point d'intersection des deux droites (et même des droites supports de deux segments donnés si on veut être tatillon).

    Dans la même veine, construire le centre $C$ d'une hyperbole $\mathcal{H}$ en s'interdisant les deux composantes connexes du plan privé de $\mathcal{H}$ qui ne contiennent pas $C$ (bon, j'avoue ce n'est pas le problème le plus intéressant, mais il déstabilise certains) ?

    Même question pour le sommet $S$ d'une parabole $\mathcal{P}$ en s'interdisant la partie du plan contenant son foyer.

    Si vous avez d'autres problèmes de constructions sous contraintes (même différentes de celles que je me suis données), je suis preneur.
  • Sur le caractère classique du problème posté par Soland je me suis déjà prononcé. Et Debart précise que pour lui inaccessible signifie en dehors de la feuille là ok, mais en dehors de l'écran là non, faudra préciser, car on peut translater une figure, avec GGB par exemple.
    Quant à sa formulation "sans utiliser ce point inaccessible" elle est à revoir non ?
  • Pour ma part, je partage l'avis de Ludwig quant au vocabulaire, s'il s'agit d'un énoncé pour des élèves. Autant être explicite et spécifier qu'on s'interdit d'utiliser le point d'intersection.
  • @axiopost

    Tous les problèmes de ce type ont la même solution :

    (1) Déplacer les données hors de la zone dangereuse avec une translation $T$.
    (2) Résoudre le problème translaté.
    (3) Faire revenir les solutions au bon endroit avec $T^{-1}$

    Ceci dit, on peut chercher à optimiser la construction.

    Conseil : proposez des problèmes plutôt que de pinailler sur le vocabulaire...

    En classe, je distribuais ce genre d'exercice sur une feuille A5; les points hors feuille sont inaccessibles.
    Deux problèmes pour la route :

    On donne un arc de cercle dont le centre est invisible . Construire le rayon du cercle.

    Quel farceur, ce quadrilatère (ABCD) !
    A et C sont ici, B et D sont ailleurs .
    Construire un bout du segment [BD] (:D

    Oups... on donne quand même une portion de $[AB[$, $[AD[$, $[CB[$ et $[CD[$
  • Bonjour Soland (et les autres).

    Pas de polémique pour moi sur le point de vocabulaire. Il s'agissait de ma part d'une remarque qui me semble évidente pour toute personne rédigeant des énoncés.

    Pour ce qui est de la stratégie de résolution de ce type de problème, c'est effectivement ce à quoi je faisais référence en fin de mon post initial. Cependant, ce n'est pas une stratégie qui fonctionne à tout coup. En particulier si les données du problèmes ne sont pas translatables (courbe non constructible point inaccessible...)

    Pour ce qui est des problèmes de construction je propose le suivant :
    Soient $\mathcal{C}_1$ et $\mathcal{C}_2$ deux cercles de rayons respectifs $r_1$ et $r_2$ distincts dont les centres sont à une distance $d$ comprise entre le plus grand des rayons et les $\frac{2}{3}$ de leur somme afin de s'assurer que les cercles s'intersectent en deux points distincts.
    Construire les sommets d'un carré tel que deux d'entre eux soient sur $\mathcal{C}_1$ et les deux autres sur $\mathcal{C}_2$.

    Remarques :
    • Si on s'interdit la droite passant par les centres des cercles, je ne sais pas résoudre ce problème sans l'astuce de translation.
    • L'étude de la somme des aires des carrés ayant deux sommets sur chaque cercle en fonction de la distance $d$ est surprenante.


    Cordialement.

    P.S. pour les petits malins : on cherche des sommets qui ne sont pas les points d'intersections des cercles, donc les carrés réduits à un points (quatre sommets confondus) ne sont pas acceptés !
  • Et celui-là, vous y avez pensé ?

    [Contenu du pdf joint. AD]

    Merci, AD.127198
  • Bonjour soland et les autres.

    Effectivement, il faut penser aux deux carrés "en biais" (symétriques par rapport à $(O_1O_2)$) qui sont facilement constructibles en utilisant le fait que leurs centres sont sur le cercle de diamètre $[O_1O_2]$. Evidement $O_1$ et $O_2$ sont les centres respectivement des cercles $\mathcal{C}_1$ et $\mathcal{C}_2$.

    Dans la configuration générale, il y a 6 tels carrés, les quatre autres ayant leurs côtés parallèles et perpendiculaires à l'axe $(O_1O_2)$. Les longueurs de leurs côtés sont racines d'un polynôme du quatrième degré. Leur calcul requière l'extraction d'une racine cubique et donc, dans le cas général, ils ne sont pas constructibles à la règle et au compas.

    Petite coïncidence amusante, lorsqu'il existe 6 solutions, la somme des aires des carrés est indépendante de la distance entre les cercles. Je vous laisse le plaisir de découvrir cette valeur.

    Cordialement.127328
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