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Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère

Posté par
Bouboux
05-03-23 à 16:38

Bien le bonjour,


Je connais la méthode de résolution qui consiste à trouver le centre du cercle : le point de l'intersection le plus proche du centre de la sphère.

Et ensuite, avec le triangle rectangle que forme le rayon de la sphère, la distance entre les deux centres et le rayon du cercle on peut trouver le rayon du cercle.


Mais j'aimerais savoir si cela était possible de trouver l'équation de l'instruction par le calcul brut.

Exemple :

On a le plan P d'équation : x + 2y - z - 1 = 0.

La sphère S d'équation : (x + 7)^2 + (y)^2 + (z - 4)^2) = 36

Quel est le moyen pour trouver l'équation de l'intersection à partir de deux équations comme celles-ci s'il vous plaît ? (par le calcul brut)

Posté par
Camélia Correcteur
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 05-03-23 à 16:53

Bonjour

Deux équations et trois inconnues; tu sors une des inconnues de l'équation du premier degré et tu l'injectes dans l'autre.
Par exemple, ici tu peux commencer par x=-2y+z+1...
Mais c'est pas drôle!

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 05-03-23 à 16:58

Bonjour,
Un cercle dans l'espace ne peut pas être défini par une seule équation.

Posté par
Bouboux
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 13:43

Bien le bonjour,


Merci pour vos réponses !


Bon j'ai à peine commencé à tenter la résolution du système à deux équations et trois inconnus mais je me suis arrêter devant l'absence de perspective de mes calculs...

Et si comme le dit Sylvieg un cercle dans l'espace ne peut pas être défini par une seule équation alors je me demande bien où va me mener la résolution éventuelle de ce système.

Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 16:56

Bonjour,
A partir de l'équation du plan P  on obtient  l'équation paramétrique de la perpendiculaire au plan P passant par le centre de la sphère , les coordonnées du centre du cercle  de l'intersection  (-5,4,2)  (plan ,sphère)puis  le rayon du cercle   (2√3).
mais géogébra  donne une équation de ce cercle  mais je ne sais pas la justifier
"X = (-5, 4, 2) + (-3.098 cos(t) - 0.632 sin(t), 1.549 cos(t) - 1.265 sin(t), -3.162 sin(t))"

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 17:01

Ci-dessous, quelques généralités concernant un espace affine euclidien de dimension 3 muni d'une base orthonormée.

Certaines surfaces peut être définies par une équation cartésiennes.
Exemples simples de surfaces : plan et sphères.

Une ligne ne peut être définie par une seule équation cartésienne.
Exemples de ligne : droites et cercles.
Une droite peut être définie comme intersection de deux plans.
Elle peut alors être définie par un système de deux équations cartésiennes correspondant à chacun des plans.
Une droite peut aussi être définie par un système de 3 équations paramétriques.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 17:08

Bonjour PLSVU,
Je n'avais pas vu ta réponse.
Ta dernière ligne n'est pas une équation cartésienne.
Ça ressemble au début d'un système d'équations paramétrées du cercle.
Bizarres ces virgules. Il devrait y avoir du Y = et du Z =

Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 19:10

OUI      M est sur le cercle si
x = -5+ (-3.098 cos(t) - 0.632 sin(t),
y=4+1.549 cos(t) - 1.265 sin(t)
z=2-3.162 sin(t)

si on demande de tracer le cercle en précisant le centre , le rayon et l'axe   geogebra indique
X=( -5,4,2)+ (3.098 cos(t) + 0.632 sin(t), -1.549 cos(t) + 1.265 sin(t),+3.162 sin(t))
Équation de l\'intersection d\'un plan et d\'une sphère

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 06-03-23 à 19:14

D'accord
Je ne suis pas habituée aux notations de géogébra.

Posté par
Bouboux
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 07-03-23 à 00:04

Bonjour,


Merci à tous pour vos réponses ! C'est intéressant !


Sylvieg : "Une ligne ne peut être définie par une seule équation cartésienne."

J'ai trouvé cet exemple d'équation cartésienne d'une droite dans l'espace sur internet :
x = 2 y +1 = 3z - 2.
En fait  c'est bien sûr comme vous l'avez dit deux équations cartésiennes correspondantes à 2 plans.
C'est donc quelque chose comme ça que je pourrais obtenir en guise d'équations cartésiennes (que je mets au pluriel du coup) de l'intersection de la sphère et du plan j'imagine.
Si je poussais le calcul, j'aurais 2 équations avec pour chacune 2 variables (Ou doit-on dire 2 inconnues ?).


Merci PLSVU pour avoir donné l'équation paramétrique du cercle.
Je me demande donc si l'on pourrait obtenir cette équation avec seulement les équation de la sphère et du plan et sans passer par le raisonnement géométrique.
Je doute que ce soit possible.

Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 11-03-23 à 17:43

Bonjour,
A partir  de
A=(-5,4,2) centre  de la sphère de rayon 2√3, d'axe ∆(1,2,-1)
on peut en déterminer  les points d'intersection de la sphère  avec le plan P(x+2y-z=1)
lorsque z=2  on obtient deux points diamétralement opposés  
   F=(-5-2√2.4;4-√2.4; 2)     F'(-5+2√2.4;4+√2.4; 2)
lorsque z=0  on obtient deux points  G  (-3,2,0)  et H(-7,8,4,4,0)
  I milieu du segment [GH]  (-5,4;3,2;0)
\vec{AI}(-0,4,-0,8;-2)
\vec{AF}(-2.\sqrt{2.4;}\sqrt{2,4};0
\vec{AI}\times \vec{AF}=0
les vecteurs sont  donc orthogonaux  dans le plan P
||\vec{AI}||=\dfrac{4\sqrt{3}}{\sqrt{10}}
soit K l'image du point F  dans la rotation d'axe ∆  pour t=π/2
||\vec{AK}||=k ||\vec{AI}|=2\sqrt{3}
k=0,5\sqrt{10}[/tex]
\vec{AK}=(-0,2\sqrt{10};-0,4\sqrt{10};-\sqrt{10}}
 \\
x_K=5-0.2\sqrt{10}
 \\ y_K=4-0,4\sqrt{10}
 \\ z_K=2-\sqrt{10}
si  le point F  tourne dans le sens anti horaire d 'un angle de mesure   t  son image  M a pour coordonnées
x=-5-2√2,4cos(t)-0,2√10 sin(t)
y=4- √2,4cos(t)- 0,4√10 sin(t)
z=2-√10sin(t)



Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 11-03-23 à 17:43

Bonjour,
A partir  de
A=(-5,4,2) centre  de la sphère de rayon 2?3, d'axe ?(1,2,-1)
on peut en déterminer  les points d'intersection de la sphère  avec le plan P(x+2y-z=1)
lorsque z=2  on obtient deux points diamétralement opposés  
   F=(-5-2?2.4;4-?2.4; 2)     F'(-5+2?2.4;4+?2.4; 2)
lorsque z=0  on obtient deux points  G  (-3,2,0)  et H(-7,8,4,4,0)
  I milieu du segment [GH]  (-5,4;3,2;0)
\vec{AI}(-0,4,-0,8;-2) \\ \vec{AF}(-2.\sqrt{2.4;}\sqrt{2,4};0 \\ \vec{AI}\times \vec{AF}=0
les vecteurs sont  donc orthogonaux  dans le plan P
||\vec{AI}||=\dfrac{4\sqrt{3}}{\sqrt{10}}
soit K l'image du point F  dans la rotation d'axe ?  pour t=?/2
||\vec{AK}||=k ||\vec{AI}|=2\sqrt{3} \\ k=0,5\sqrt{10}
\vec{AK}=(-0,2\sqrt{10};-0,4\sqrt{10};-\sqrt{10}} \\
x_K=5-0.2\sqrt{10} \\ y_K=4-0,4\sqrt{10} \\ z_K=2-\sqrt{10}
si  le point F  tourne dans le sens anti horaire d 'un angle de mesure   t  son image  M a pour coordonnées
x = -5-22,4cos(t)-0,210 sin(t)
y = 4- 2,4cos(t)- 0,410 sin(t)
z = 2-10sin(t)

* Modération >  *Balises LaTeX manquantes ajoutées *

Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 12-03-23 à 23:34

Bonsoir,
Merci pour les balises  .
je corrige   des erreurs de signes
  Bonjour,
A partir  de
A=(-5,4,2) centre  de la sphère de rayon 23 , d'axe ∆ (1,2,-1)
on peut en déterminer  les points d'intersection de la sphère  avec le plan P(x+2y-z=1)
lorsque z=2  on obtient deux points diamétralement opposés  
   F=(-5-2√2.4;4+√2.4; 2)     F'(-5+2√2.4;4-√2.4; 2)
lorsque z=0  on obtient deux points  G  (-3,2,0)  et H(-7,8;4,4;0)
  I milieu du segment [GH]  (-5,4;3,2;0)
\vec{AI}(-0,4,-0,8;-2)
 \\ \vec{AF}(-2.\sqrt{2.4;}\sqrt{2,4};0
 \\ \vec{AI}\times \vec{AF}=0
les vecteurs sont  donc orthogonaux  dans le plan P
||\vec{AI}||=\dfrac{4\sqrt{3}}{\sqrt{10}}
soit K l'image du point F  dans la rotation d'axe  ∆ pour t=π/2
||\vec{AK}||=k ||\vec{AI}|=2\sqrt{3}
 \\ k=0,5\sqrt{10}
\vec{AK}=(-0,2\sqrt{10};-0,4\sqrt{10};-\sqrt{10}}
 \\
x_K=5-0.2\sqrt{10}
 \\ y_K=4-0,4\sqrt{10}
 \\ z_K=2-\sqrt{10}
si  le point F  tourne dans le sens anti horaire d 'un angle de mesure   t  son image  M a pour coordonnées
x = -5-22,4cos(t)-0,210 sin(t)
y = 4+2,4cos(t)- 0,410 sin(t)
z = 2-10sin(t)
  on peut vérifier que
(x+5)^2+(y-4)^2+(z-2)^2=12

Posté par
PLSVU
re : Équation de l'intersection d'un plan et d'une sphère 12-03-23 à 23:47

  figure:

Équation de l\'intersection d\'un plan et d\'une sphère



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