Triangle à coordonnées entières

Bonjour.
Quelques essais informatiques me suggèrent l'énoncé suivant.

Un triangle à côtés entiers est réalisable avec des sommets dans $\Z^2$ si, et seulement si son aire est entière.

Quelqu'un connaît-il cet énoncé ? Ou a-t-il une idée pour le prouver (réfuter) ?
Cordialement.

Réponses

  • Bonsoir,
    C'est trop compliqué pour moi, mais je pense que si c'est vrai (ou pas), cette formule peut aider.
    Une formule de l'aire est
    A = racine (p(p-a)(p-b)(p-c))
    p étant le demi-périmètre.
    Là, ça devient de l'arithmétique et c'est vraiment pas mon fort.
  • @dizlogic
    Oui, merci, je connais la formule de Héron.
    Cordialement
  • Bonjour soland,

    L'Aire entière est effectivement une condition nécessaire. En panne d'ordi, je ne peux pas faire de dessin, mais voilà :
    Tu inscris ton triangle dans un rectangle du quadrillage.

    Le rectangle est alors découpé en 4 triangles (au plus) trois d'entre eux sont des triangles rectangles dont les côtés sont des triplets pythagoriciens.
    Dans tout triplet pythagoricien, l'un au moins des petits nombres est pair, donc ces trois triangles ont une aire entière, donc l'Aire du triangle initial est entière, elle aussi...

    Reste à prouver que cette condition est suffisante, c'est sans doute plus difficile...
  • @jacquot
    J'ai aussi vu cette partie.

    Dans l'autre sens, les hauteurs sont rationnelles et je creuse dans cette direction.

    Cordialement
  • Oui soland.
    Les angles ont des sinus et cosinus rationnels.
    Peux-tu me donner un exemple de figure solution ?
  • En vitesse (on me demande)
    pa:(0, 20)
    pb:(15, 0)
    pc:(30, 36)

    Je reprends.
    Par l'origine, on mène deux droites de pentes "pythagoriciennes" comme 3/4 ou -5/12. On les coupe par une troisième droite de pente pythagoricienne passant par (1, 0). une homothétie place les intersections dans Z2
  • Dans le cas général, le cercle de rayon $b$ centré en $(0,0)$ coupe le cercle de rayon $c$ centré en $(a,0)$ au point
    $$
    \left( \frac{b^2+c^2-a^2}{2a} , \frac{2s}{a} \right)
    $$
    ($s$ est l'aire). Les sommets du triangle sont à coordonnées rationnelles.
    Il faut encore tourner le triangle d'un angle à cos et sin rationnels.
  • Bonjour soland,

    Je ne suis pas un familier du "kiss precise" et je partage ta surprise de le retrouver ici et le plaisir de trouver cette jolie figure.
    Je reviens au message précédent:

    Prenons donc le triangle $A\left( \frac{b^2+c^2-a^2}{2a} , \frac{2S}{a} \right) ;\ B(0;a);\ C(0;0)$
    Si l'on pouvait le faire tourner d'un angle $\theta$ dont les cosinus et sinus sont des rationnels de la forme $\frac k a $ et $\frac s a$, on aurait, à terme, des sommets à coordonnées entières.

    Pratiquement, l'existence d'un tel $\theta$ est assurée si et seulement si $a$ est le grand élément d'un triplet pythagoricien, ou encore si et seulement si il existe des entiers $p$ et $q$ tels que $a=p^2 + q^2$
    En effet, les deux autres éléments sont alors $p^2-q^2$ et $2pq$

    Je ne suis pas sûr d'avoir fait avancer le schmilblick. Sinon, ce sera juste l'occasion d'un petit up amical. jacquot
  • Hier, c'était la Saint Faute-de-Signe. Je reprends.
    Le cercle de rayon $b$ centré en $(0,0)$ coupe le cercle de rayon $c$ centré en $(a,0)$ au point
    $$
    \left( \frac{a^2+b^2-c^2}{2a} , \frac{2s}{a} \right)
    $$
    ($s$ est l'aire).

    J'ai un vilain petit canard de sommets $(0,0)$, $(7,0)$, $(-9,12)$ et de côtés $a=7$, $b=15$ et $c=20$. Ici, $(a^2+b^2-c^2)=-126$ et $2s=84$ sont divisibles par $2a=14$. Donc pas besoin de rotation dans ce cas. Et $a$ n'est pas une somme de deux carrés.

    Je creuse...

    PS. Et en plus, pas de Kiss à paramètres entiers dans ce cas.
  • Évidemment, si les coordonnées de $A$ sont entières, pas besoin de faire tourner.

    L'existence de mes entiers $p$ et $q$ n'est pas nécessaire :
    Il existe des triplets pythagoriciens non primaires qui ne sont pas de la forme
    $p^2 'p^2$; $2pq $; $ p^2+q^2$...
    15 ; 36 ; 39 est de ceux- là

    Désolé
  • Bonjour soland,

    Je crois que j'ai écrit beaucoup d'âneries hier, c'était la Saint Confucion dé la Moultiplicacion y Divicion

    Je reprendrai la réflexion.
    Amicalement. jacquot
  • Pas de problème.
    Je poursuis la piste du Kiss. Il semble qu'une fois dessinés les cercles induits par le triangle, il existe un seul cercle à rayon entier qui le complète.
    Pour mon "vilain canard" un des cercles induits, celui centré à l'origine, englobe les autres.
    31808
  • Bonjour,

    Dans le même ordre d'idée : Montrer que les sommets d'un triangle équilatéral ne peuvent pas avoir de coordonnées entières dans un repère orthonormal direct du plan.

    A+
    Arcsinus arcsinum fricat.
  • Bonjour PG,

    C'est fait, voir par ici.
    Le problème de soland, condition suffisante, est sans doute moins classique et plus difficile.
    Amicalement. jacquot
  • @Piteux_gore
    Coordonnée complexe, un sommet en $0$, un autre en $a+bi$ avec $a$ et $b$ entiers. Le 3e sommet est alors
    $(a+bi)(-1+i\sqrt{3})/2 = \frac{1}{2}((-a-b\sqrt{3})+(a\sqrt{3}-b)i)$ dont les parties réelles et imaginaires ne peuvent être entières car $\sqrt{3}\notin \Q$.

    Quant à mon problème, quelques maigres résultats ($a$, $b$, $c$ sont les côtés, $s$ est l'aire, on suppose $PGDC(a,b,c)=1$) :
    (1) Un côté est pair, les deux autres impairs et l'aire est paire car
    $16s^2=(a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c) =$
    $-a^4-b^4-c^4+2a^2b^2+2b^2c^2+2c^2a^2$ est un carré, mod 4 aussi.
    (2) Si une similitude amène $A$ en $A'(0,0)$ et $B$ en $B'(1,0)$ les coordonnées de $C'$ sont rationnelles.
    (3) $|A'C'|$ doit être rationnel, donc le cos et le sin de $\alpha$ sont rationnels. Les fonctions trigonométriques de $\beta$ et $\gamma$ aussi.

    Problème suivant : avec $x:=p-a$, $y:=p-b$, $z:=p-c$, $s^2=xyz(x+y+z)$ doit être un carré.

    Cordialement.
  • Bonjour,

    A partir du vilain petit canard de Soland, j'ai barjoté comme suit:

    il y a des entiers qui ne sont pas les longueurs d'un segment oblique à extrémités entières (i.e parallèle ni à l'axe des abscisses ni à l'axe des ordonnées), par exemple $7$. Appelons les non-obliques. Je crois bien que ce sont tous les nombres qui ne sont pas multiples d'un premier égal à $1$ modulo $4$. Je pensais tenir la preuve mais en tentant de la rédiger j'ai échoué:-( . Votre aide me réjouirait:).

    Supposons que j'aie raison. Tout triangle à côtés et sommets entiers a au moins un côté oblique. Il en résute que si $a,b,c$ sont des entiers vérifiant l'inégalité triangulaire et tels que$abc$ soit non-oblique, il n'existe pas de triangle dont les côtés sont $a,b,c$ et les sommets entiers.

    Donc à tous les coups on gagne:

    Ou bien il existe $(a,b,c)$ triplet d'entiers vérifiant l'inégalité triangulaire tels que$abc$ soit non-oblique et que $(a+b+c)(b+c-a)(c+a-b)(a+b-c)$ soit un carré et alors on réfute la conjecture de Soland,

    Ou bien (exclusif) on a prouvé que si $abc$ est non-oblique ($(a,b,c)$ triplet d'entiers vérifiant l'inégalité triangulaire),$(a+b+c)(b+c-a)(c+a-b)(a+b-c)$ ne saurait être un carré.

    Sauf sottise, évidemment

    Amicalement
    Paul
  • bonsoir,

    je pense avoir enfin montré que les nombres non-obliques sont bien ceux qui n'ont aucun diviseur premier égal à $1$ modulo $4$:

    1)
    a)Tout premier $p$ égal à $1$ (modulo $4$) est la longueur d'un segment oblique à extrémités entières : en effet il est la somme de deux carrés et non nuls et distincts. $p=u^2+v^2$ est donc l'hypothénuse du triangle rectangle de côtés de l'angle droit $2uv$ et $u^2-v^2$ (l'un parallèle à un axe, l'autre à l'autre), hypothénuse bien oblique puisque ni $2uv$ ni $u^2-v^2$ ne sont nuls.

    b)Il est clair que si un entier est la longueur d'un segment à extrémités entières, il en va de même pour tout multiple de cet entier.

    conclusion: tout entier qui admet un diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$) est la longueur d'un segment oblique.

    2) Supposons qu'existe un entier $q$ n'admettant aucun diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$) et pourtant longueur d'un segment oblique à extrémités entières.
    On a $q=u^2+v^2$; quitte à diviser $u$ et $v$ par $(u,v)$ on peut les considérer étrangers.
    Soit $r$ un diviseur premier impair de $q$, donc égal à $3$ (modulo $4$); On a $u^2+v^2=0$ (modulo $r$), ce qui est absurde car d'une part $-1$ n'est pas un carré (modulo $r$) et d'autre part $u$ et $v$ sont étrangers. Ainsi notre malheureux $q$, s'il existe, est une puissance de $2$ vu que, par hypothèse, il n'a pas de diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$) et qu'on vient de montrer qu'il n'en a pas non plus d'égal à $3$ (modulo $4$).

    (D(i)eux, qu'il est pénible que tous les nombres premiers ne soient pas impairs!:X).

    - $q$ ne peut être $1$ car $u$ ou $v$ serait $0$, cas exclus d'entrée de jeu;
    - $q$ ne peut être $2$ car $u$ et $v$ seraient $1$ et donc égaux, cas exclus d'entrée de jeu;
    - $q$ ne peut être multiple de $4$ car la somme de deux carrés étrangers est (modulo $4$) $1$ ou $2$.

    Euh, il doit y avoir plus simple.

    En tout cas $q$ n'existe pas et donc:

    Un entier est la longueur d'un segment oblique si et seulement si il a un diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$).

    A bientôt
    Paul
  • @depasse
    Deux côtés obliques.

    > Un entier est la longueur d'un segment oblique si et seulement si il a un diviseur premier égal à 1 (modulo 4).
    Oui !

    Mais aussi : Les cos et sin de tous les angles d'un triangle à côtés et aire entiers sont rationnels.
  • @Soland
    Je ne suis pas sûr de bien comprendre ton "Deux côtés obliques" dans ton message ci-dessus:
    Un triangle $T$ rectangle en $O$ dont les côtés de l'angle droit sont portés par les axes n'a qu'un côté oblique (son hypothénuse), mais peut-être assures-tu qu'alors il existe toujours un segment oblique qui a la même longueur qu'un des côtés de l'angle droit de $T$, autrement dit peut-être assures-tu que tout triangle à côtés et sommets entiers a au plus un côté dont la longueur est un nombre sans diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$).
    Eclaire moi s'il te plaît:)
    Paul
  • Rebonjour,

    Je viens de trouver un triangle (le $(7;24;25)$) à côtés et sommets entiers dont deux côtés ont pour longueur des nombres non-obliques, autrement dit qui a exactement un un côté oblique et au sens géométrique de oblique (c'est le cas de tous les triangles rectangles en $ O$ dont les côtés de l'angle droit sont portés par les axes) et au sens qu'aucun segment oblique n'a la même longueur que l'un quelconque des deux côtés de l'angle droit: $7$ et $24$ n'ont pas de diviseur premier égal à $1$ (modulo $4$).
  • @depasse.
    C'est vrai, je me suis trompé.
  • Bonsoir,

    La question de soland (en 2014 apparemment): Est-il vrai que "Un triangle à côtés entiers est réalisable avec des sommets dans $\Z^2$ si, et seulement si son aire est entière" ?
    Les participants à la discussion ont vite réglé la partie facile.

    Il semble qu'en 2001, Paul Yiu avait déclaré "Heronian triangles are lattice triangles" à l'adresse https://www.jstor.org/stable/2695390?seq=1#page_scan_tab_contents.

    Voici donc un grand OUI !

    C'est mon côté Inspecteur des travaux finis, i.e. je ne trouve jamais rien tout seul, mais je m'intéresse.
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