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Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace

Posté par
Roudaille
21-02-21 à 15:02

Bonjour à tous,

J'ai de nouveau besoin d'un coup de main.
Je travaille sur des calculs en cinématique et je bloque sur une question qui me parait pourtant simple.
J'ai un cercle dans l'espace qui est défini par 3 points de l'espace :
A =(xa, ya, za), B = (xb, yb, zb) et C = (xc, yc, zc).

A partir de ces 3 coordonnées, je suis capable de déterminer le centre de cercle ainsi que son rayon.

Question :
Maintenant, je fixe (=connue) la coordonnées zd d'un point D appartenant à ce cercle.
Comment puis-je retrouver les coordonnées xd et yd de ce cercle ?


Merci pour le coup de main

Posté par
GBZM
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 15:12

Bonjour,

A priori, tu as deux solutions possibles.

Tu peux décrire le cercle par l'équation de son plan et l'équation de la sphère dont il est l'équateur. Si tu connais z_D, tu obtiens une équation de degré 2 en x_D, ou en y_D.

Posté par
lafol Moderateur
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 16:02

Bonjour
une possibilité (qui revient grosso modo à ce que te dit GBZM)
en appelant G le centre de ton cercle et R son rayon : GD²=R² et dét( AB, AC, AD) = 0

Posté par
GBZM
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 16:27

Bonjour lafol,

Pas grosso modo, mais exactement : GM²=R² est l'équation de la sphère dont le cercle ABC est l'équateur, et det(AB,AC,AM)=0 est l'équation du plan de ce cercle.

Posté par
Roudaille
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 19:37

Merci pour vos réponses.
Je me lance pour voir si je comprends bien.
Soit G le centre du cercle passant par A, B et C et R son rayon.
D est le point sur le cercle dont je connais uniquement la coordonnée zd.

 \\ Eq1 : GD²=R²
 \\ Eq2 : (xd-xg)²+(yd-yg)²+(zd-zg)²=R²
 \\ Eq3: xd²-2.xd.cg+xg²+yd²-2.yd.yg+yg²+zd²-2.zd.zg+zg²=R²
 \\
L'Eq3 contient donc 2 inconnues xd et yd.


 \\ Eq4: Det(AB,AC,AD)= \begin{vmatrix} xb-xa & yb-ya & zb-za \\ xc-xa & yc-ya & zc-za \\ xd-xa & yd-ya & zd-za \end{vmatrix}
 \\ 
 \\ Eq5:Det(AB,AC,AD)=
 \\ (xb-xa)[(yc-ya)(zd-za)-(zc-za)(yd-ya)]
 \\ -(yb-ya)[(xc-xa)(zd-za)-(zc-za)(xd-xa)]
 \\ +(zb-za)[(xc-xa)(yd-ya)-(yc-ya)(xd-xa)]=0
 \\

J'ai de nouveau une equation à 2 inconnues.

Je vais regarder si je parviens à résoudre le système d'équations qui à l'air pénible à calculer

Posté par
DOMOREA
Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 20:35

bonjour,
Pourquoi écris-tu 3 équations 1,2,3 pour dire la même chose ?
idem pour 4 et 5

Selon la position "angulaire" du plan, tu pourras avoir deux solutions pour(xd,yd) ou une seule  ou une infinité.

la méthode ne me parait pas plus simple que:

\vec{AB} \wedge \vec{AC}=(\alpha,\beta,\gamma)

Plan ABC  avec D\in (ABC): \alpha X+\beta Y=\alpha x_A+\beta y_A+\gamma z_A-\gamma z_D

Sphère S(G,R) avec D\in S :  (X-x_G)^2+(Y-y_G)^2=R^2-(z_D-z_G)^2

Posté par
lafol Moderateur
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 20:43

je pense que ça revient rigoureusement au même tes coeffs alpha, beta et gamma seront pile poil ceux qui résultent du calcul du déterminant ( cf produit mixte)

Posté par
Roudaille
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 21-02-21 à 22:20

Merci pour vos retours.
J'ai étudié les 2 solutions.
Ca aboutit à des calculs terribles.
Je ne pensais pas que ca serait si complexe de calculer des coordonnées  x et y!
Demain je me mets sur un logiciel de calcul formel et j'essaiera de trouver et partager la solution

Posté par
GBZM
re : Coordonnées x et y d'un cercle dans l'espace 22-02-21 à 09:11

Le chemin qu'on t'a indiqué (il n'y en a qu'un, en fait) partait de la connaissance du centre du cercle ABC et de son rayon. Mais le calcul de ce centre et de ce rayon ne sont pas indispensables.
Les quatre points A,B,C,D sont sur un même cercle si et seulement s'il y a une infinité de sphères passant par ces quatre points. Ceci revient à dire que le système des quatre équations linéaires en les quatre inconnues  a,b,c,d :

\large x_M^2+y_M^2+z_M^2+ax_M+by_M+cz_M+d=0 ,

M=A,B,C,D, admet une infinité de solutions. Ceci se traduit par l'annulation de deux déterminants (le déterminant du système, et le déterminant bordant un mineur 3x3 non nul extrait des trois premières lignes, en supposant que A,B,C ne sont pas alignés), ce qui donne une équation linéaire et une équation quadratique en x_D,y_D,z_D. Si on connaît z_D, tout bon système de calcul formel (par exemple SageMath) donnera les solutions (x_D,y_D).



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