Bonjour à tous,
Je suis en train de faire un exo dans lequel je dois déterminer la courbe plane dont le rayon de courbure R et l'abscisse curviligne s vérifient:
R=a+(s^2/a),avec a>0.
J'arrive donc à un endroit où je dois déterminer la fonction x(t) tel que d(x)/d(s)=cos((s).
J'aboutis à d(x)/d(s)= cos(*Arctan(s/
)
Alors voilà, mon problème est que je n'arrive pas à simplifier cos(*Arctan(s/
).
Si quelqu'un pouvait me donner des indications, cela m'aiderait pas mal.
Merci beaucoup
Soit (t) l'angle formé par l'axe des x et la tangente à la courbe en (x,y).
Donc tg(t) = dy/dx
Rayon de courbure : R = ds/dt = a+(s^2)/a
dt = a.ds/(a^2+s^2) que l'on intègre :
t-t0 = arctg(s/a) ou s = a.tg(t-t0)
avec t0 = constante d'intégration.
Le calcul général de x(t) et y(t) est possible, mais un peu compliqué. Heureusement, une remarque permet de simplifier considérablement le travail :
L'équation R=a+(s^2)/a est une équation intrinsèque, c'est à dire indépendante de la position du système d'axes. Donc les solutions se déduisent les unes des autres par translation et/ou rotation.
On peut ainsi choisir n'importe quelle valeur de t0, cette valeur correspondant, en fait, à une rotation d'angle t0 du système d'axes. Alors, pourquoi ne pas choisir une position d'axes conduisant à des équations aussi simples que possible, par exemple t0 = 0.
Partons donc de s = a.tg(t) d'où : ds/dt = a/(cos(t))^2
ds^2 = dx^2+dy^2
(ds/dx)^2 = 1+(dy/dx)^2 = 1+(tg(t))^2 = 1/(cos(t))^2
par suite : dx/ds = cos(t)
dx/dt = (dx/ds)(ds/dt) = cos(t).a/(cos(t))^2 = a/cos(t)
De même :
(ds/dy)^2 = 1+(dx/dy)^2 = 1+(cotg(t))^2 = 1/(sin(t))^2
par suite : dy/ds = sin(t)
dy/dt = (dy/ds)(ds/dt) = sin(t).a/(cos(t))^2 = a.sin(t)/cos(t)^2
On intègre les expressions précédentes de dx/dt et dy/dy, ce qui donne :
x(t) = x0+(a/2) ln((1+sin(t))/(1-sin(t)))
y(t) = y0+a/cos(t)
x0 et y0 sont les constantes arbitraires d'intégrations qui correspondent aux translations.
Ceci donne les résultats sous forme paramétriques et pour plus de généralité, en remplacant t par (t-t0) correspondant aux rotations d'angle arbitraire.
Une fonction y(x) peut en être aisément déduite dans le cas où toutes ces constantes sont prises égales à 0 :
De l'équation x(t), on tire sin(t) en fonction de x. Tuis on calcule cos(t) = racine(1-sin(t)^2) en fonction de x. On reporte se résultat dans l'équation y(t) et on trouve finalement l'équation y(x) :
y(x) = -a (V2) ch(x) avec (V2) = racine carrée de 2.
Evidemment, on peut supprimer le signe - : cela ne change pas la forme de la courbe et lui faire subir les translations et rotations que l'on veut.
Tout cela, ayant étéfait "à la va vite", serait à vérifier, mais ce ne doit pas être loin du bon résultat ...
De plus, il ne s'agit que d'une indication de méthode : il faudrait ajouter par-ci par là des valeurs absolues pour couvrir les cas d'expressions pouvant être aussi bien négatives que positives, alors que seulement ces dernières ont été considérées pour simplifier l'explication.
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