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DM produit scalaire

Posté par
azerus
01-06-16 à 13:50

Bonjour à toutes et à tous , je poste ce message car j'ai un problème avec mon dm de maths je n'arrive pas à faire un exercice, le voici:
soient a, b, c des nombres réels. On considère l'ensemble C des points M(x;y) du plan qui vérifient l'équation x²+y²+ax+by+c=0
a. déterminer en fonction de a, b,c les nombres \alpha ,\beta ,\gamma tels que x²+y²+ax+by+c=(x-\alpha )²+(y-\beta )²+\gamma.
b. En déduire que l'ensemble C est un cercle si et seulement si a² deb²-4c>0 On précisera le centre et le rayon en fonction de a,b,c.
c. Que devient l'ensemble C si a²+b²-4c=0 et si a²+b²-4c<0

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 13:57

bonjour : )

a) Plusieurs façons de traiter :

*** 1) Partant de x^2 + y^2 + ax + by + c = 0
>>> x² + ax est le début de quelle identité remarquable ?
>>> y² + by est le début de quelle identité remarquable ?

*** 2) Partant de (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma,
>>> développe et identifie avec x^2 + y^2 + ax + by + c

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:33

je ne vois pas tres  bien en partant de (x-alpha)²+(y-beta)²+gama j'ai x²+y²-2xalpha-2ybeta+gama apres je bloque et je ne vois pas non plus pour faire la b et la c

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:42

Il te manque deux termes,

\large (x - \alpha)^2 = x^2 - 2\alpha x + {\red \alpha^2}     et     \large (y - \beta)^2 = y^2 - 2\beta y + {\red \beta^2}

Nous avons donc :

\large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = x^2 + y^2 - 2\alpha x - 2\beta y + \gamma + {\red \alpha^2 + \beta^2}

Maintenant on voudrait que ça soit égal à \large x^2 + y^2 + ax + by + c

\large x^2 + y^2 - 2\alpha x - 2\beta y + \gamma + \alpha^2 + \beta^2 = x^2 + y^2 + ax + by + c

Que doivent valoir a et b et c pour qu'on ait égalité ?

Si on observe le membre de gauche : a est le coefficient de x.
Or dans le membre de droite le coefficient de x est -2\alpha.
Donc déjà \boxed{a = -2\alpha}

Il reste à reproduire le raisonnement pour b et c.

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:43

Bien sûr dans mon précédent message j'ai inversé la droite et la gauche.

Citation :
\large x^2 + y^2 + ax + by + c = x^2 + y^2 - 2\alpha x - 2\beta y + \gamma + \alpha^2 + \beta^2

Que doivent valoir a et b et c pour qu'on ait égalité ?

Si on observe le membre de gauche : a est le coefficient de x.
Or dans le membre de droite le coefficient de x est -2\alpha.
Donc déjà \boxed{a = -2\alpha}

Il reste à reproduire le raisonnement pour b et c.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:47

donc b=-2beta et c= gama

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:51

Si tu remplaces \boxed{a = -2\alpha}, \boxed{b = -2\beta} et \boxed{c = \gamma}

est-ce qu'on obtient bien que : \large x^2 + y^2 + ax + by + c   égal à   \large x^2 + y^2 - 2\alpha x - 2\beta y + \gamma + \alpha^2 + \beta^2

?

Remplace, et vérifie.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:55

il y a alpha² et beta² qui gènent je pense qu il font parti du  c
donc c= apla²+beta²+gama

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:56

Bien sûr que \boxed{c = \gamma + \alpha^2 + \beta^2}

C'est obligé, sinon comme tu l'as dit, \alpha^2 et \beta^2 vont nous embêter.

Convaincu ?

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 17:57

oui je sui convaincu mais les deux derniere question me laisse perplexe

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:00

Maintenant qu'on a, b et c, que vaut a^2 + b^2 - 4c

Ensuite si on utilise la deuxième forme d'équation trouvée, à quelle condition est-elle une équation de cercle ?

Je te rappelle que le cercle de centre \Omega(x_\Omega , y_\Omega) et de rayon r a une équation cartésienne de la forme :
(x - x_\Omega)^2 + (y - y_\Omega)^2 = r^2

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:04

a²+b²-4c= -6alpha²-6beta²-4gama
il faut que r² soit positif pour que l'ensemble soit un cercle

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:13

si je recapitule j'ai alpha=-a/2, beta=-b/2 et gama=-a/4-b/4+c
pour les autres je ne voit toujours pas

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:14

Dans l'équation de cercle que j'ai rappelée oui forcément r^2 est positif (car c'est un carré justement).

Tu dois faire l'analogie avec l'équation de cercle établie en a).

On a vu que \large x^2 + y^2 + ax + by + c = (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma}

Or x^2 + y^2 + ax + by + c = 0 est une équation de cercle si et seulement si
(x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = 0 est une équation de cercle c'est à dire si et seulement si ?

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:16

gama est négatif?

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:18

Oui exactement,

Or que vaut \gamma en fonction de a, b et c ?

On a a^2 + b^2 - 4c = 4\alpha^2 + 4\beta^2 - 4(\gamma + \alpha^2 + \beta^2) = ...

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:20

il vaut -a/4-b/4+c
donc ...

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:25

je ne vois pas en quoi cela peut repondre a la question

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:25

Donc... On a \gamma = -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c) et tu viens juste de dire qu'on a une équation de cercle à condition que \gamma < 0

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:29

pourriez vous me faire un petit récapitulatif de la question s'il vous plait cela m 'aiderez beaucoup

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:41

je suis arrivé à alpha=-a/2, beta=-b/2 et gama=a/4+b/4+c
je voudrais savoir si cela est correct par contre pour la suite je tourne en rond

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:43

Nous avons un ensemble de points qui vérifient l' équation  suivante : \large x^2 + y^2 + ax + by + c = 0.
Cette équation pourrait être celle d'un cercle. Mais quel cercle ?

Le problème :
Le problème est que sous cette forme il nous est très difficile de donner les éléments caractéristiques de ce cercle c'est à dire : son centre et son rayon.

La solution :
L'idée consiste à nous ramener à une équation de cercle de ce type (équation cartésienne) : (x - x_\Omega)^2 + (y - y_\Omega)^2 = r^2 où nous savons pertinemment que le centre est \Omega(x_\Omega , y_\Omega) et que le rayon est r.

Nous avons trouvé que l'équation de cercle initiale était équivalence à celle-ci :
\large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = 0 avec \boxed{a = -2\alpha}, \boxed{b = -2\beta} et \boxed{c = \gamma + \alpha^2 + \beta^2}

Or, celle nouvelle équation est celle d'un cercle si et seulement si \gamma < 0.

Mais nous avons vu que \gamma = -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c), ainsi :

\gamma < 0 \Leftrightarrow -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c) < 0 \Leftrightarrow a^2 + b^2 - 4c > 0

En résumé, \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = 0 est une équation de cercle si et seulement si a^2 + b^2 - 4c > 0.

A partir d'ici, si \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = 0 est l'équation d'un cercle, quels sont ses éléments caractéristiques ? (Rayon et centre, en fonction de a, b et c.)

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:48

cente de coordonnée -alpha;-beta

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:50

Lire :

Citation :
Nous avons trouvé que l'équation initiale était équivalence à celle-ci :
\large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 + \gamma = 0 avec \boxed{a = -2\alpha}, \boxed{b = -2\beta} et \boxed{c = \gamma + \alpha^2 + \beta^2}

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:52

azerus @ 01-06-2016 à 18:48

cente de coordonnée -alpha;-beta
Non tu trompes de signe.

Observe bien le rappel que j'ai donné :
Je te rappelle que le cercle de centre \Omega(x_\Omega , y_\Omega) et de rayon r a une équation cartésienne de la forme :
\large (x - x_\Omega)^2 + (y - y_\Omega)^2 = r^2

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:55

je trouve x²+y²+ax+yb+3a/4+3b/4+c

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 18:57

Qu'est-ce que tu fais ?

Relis calmement ton énoncé, puis les réponses que j'ai données.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:00

reprenons:
a) a=-2 donc=-a/2
b=-2 donc =-b/2
c=+²+² donc=a/4+b/4+c
est ce bon?

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:13

Pour l'instant oui.

Mais pour répondre à la question a) on avait besoin uniquement de : \boxed{a = -2\alpha}, \boxed{b = -2\beta} et \boxed{c = \gamma + \alpha^2 + \beta^2}.

Les autres relations que t'as données, servent après seulement.

Continue.

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:16

Une erreur de signe que tu as faite :

\boxed{\alpha = -a/2}, \boxed{\beta = -b/2} et \boxed{\gamma = c - a^2/4 - b^2/4}

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:19

)²+(y-)²+=0 avec .... comme vous l 'avez dit
or, cette nouvelle équation est celle d'un cercle si et seulement si <0
a²+b²-4c=-é²-2²-4(+²+²)
=4²+4²-4(+²+²)
=4²+4²-4-4²-4²
=-4

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:20

j'arrive à ca je ne sais pas si c'est ca

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:23

Ca on l'a déjà écrit. C'est correct.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:24

ensuite à partir de -4 je fais quoi?

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:28

Tu ne lis pas ce que j'ai écrit ?

Citation :
Mais nous avons vu que \gamma = -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c), ainsi :

\gamma < 0 \Leftrightarrow -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c) < 0 \Leftrightarrow a^2 + b^2 - 4c > 0

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:29

le truc c'est que je ne vois pas comment l'intégrer dans mon calcul

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:30

sinon j'ai compris

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:33

Je l'ai écrit deux fois très explicitement.

Pour avoir une équation de cercle il faut que \gamma soit négatif (strictement).

\gamma est négatif strictement se traduit sous la forme d'inégalité : \gamma < 0

Si on remplace on obtient -\frac{1}{4}(a^2 + b^2 - 4c) < 0.

Si on multiplie par (-4) qui est négatif on obtient a^2 + b^2 - 4c > 0.

Et ceci est bien ce que l'énoncé demande.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:38

c'est l'étape du remplacement que je n'arrive pas à faire

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:40

A quelle ligne ?

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:43

il faut remplacer dans quoi?

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:44

Ca c'est très fort.

De quelle question tu me parles ? Dis moi exactement ce que tu ne comprends pas.

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:58

donc c'est bon et le centre a pour coordonnées c'est a dir -a/2;-b/2 et por lme rayon c-a²/4-b²/4

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 19:59

je rectifie c'est -...

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:04

Oui pour le centre, il a pour coordonnées (\alpha , \beta) c'est à dire (-a/2 , -b/2).

En revanche le rayon vaut \sqrt{{\red -\gamma}} = \sqrt{a^2/4 + b^2/4 - c}

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:07

por la question c il faut juste dire que si=0 l'ensemble C devient un seul point de coordonnées ; et si<0 c'est l ensemble vide ou il faut le démontrer est ce nécessaire?

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:12

Pour le démontrer sans problème il suffit de revenir à l'équation équivalente établie en a).

Si a^2 + b^2 - 4c = 0 alors on a \gamma = 0 et l'équation établie devient : \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 = 0.

D'où l'ensemble C est réduit à un seul point, lequel ?

Si a^2 + b^2 - 4c < 0 alors on a \gamma > 0 et l'équation établie devient : \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 = -\gamma.

D'où l'ensemble C est l'ensemble vide car une somme de carré (une somme de nombre positif) ne peut jamais être strictement négatif.

Ok ?

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:14

le point  a pour coordonnées ; soit -a/2;-b/2
sinon c'est ok

Posté par
mdr_non
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:15

mdr_non @ 01-06-2016 à 20:12

Pour le démontrer sans problème il suffit de revenir à l'équation équivalente établie en a).

Si a^2 + b^2 - 4c = 0 alors on a \gamma = 0 et l'équation établie devient : \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 = 0.

D'où l'ensemble C est réduit à un seul point, lequel ?
Oui tu as bien répondu le point est (\alpha , \beta) = (-a/2 , -b/2)
Soit C = \{(-a/2 , -b/2)\} (attention C est un ensemble donc accolades obligatoires).

Si a^2 + b^2 - 4c < 0 alors on a \gamma > 0 et l'équation établie devient : \large (x - \alpha)^2 + (y - \beta)^2 = -\gamma.

D'où l'ensemble C est l'ensemble vide car une somme de carrés (une somme de nombres positifs) ne peut jamais être strictement négative.

Ok ?

Posté par
azerus
re : DM produit scalaire 01-06-16 à 20:20

je vous remercie beaucoup votre aide m'a permis de comprendre certains aspects de l'application du produit scalaire et aussi qui va me permettre de mieux comprendre par la suite

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