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Exercice équations de droites et cercles

Posté par
Paulthetall
12-05-16 à 19:07

Bonsoir,

J'ai un devoir à rendre sure les applications du produit scalaire, précisément sur les équations de droites et de cercles.
L'énoncé est :

Dans un repère orthonormé, d est la droite d'équation cartésienne 3x + 4y = 22.

C est le cercle centré sur la droite d, passant par les points B(7 ; 9) et C(-1 ; 5).

Déterminer les coordonnées du centre du cercle C.


J'ai d'abord modélisé le graphique sur GeoGebra, en trouvant l'équation du cercle C, puis le centre du cercle C de coordonnées (6 ; 1), seulement il me manque les calculs servant à trouver ces résultats.

Merci de votre aide.

Exercice équations de droites et cercles

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 19:14

Bonjour,

geogebra ne doit servir qu'à vérifier les calculs après coup

ce qui compte est de trouver une mise en équation.

on cherche le centre (x;y)
il est sur la droite
1re relation entre x et y

il est équidistant de B et C de coordonnées connues
donc deuxième relation entre x et y

résoudre le système.
une fois le centre trouvé, l'équation du cercle s'en déduit facilement.

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:13

@Paulthetall
comment as-tu construit A avec geogebra ?

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:31

@alb12
J'ai simplement «testé» des coordonnées possibles de A sur la droite d en utilisant des valeurs entières, puis au bout d'un certain temps j'ai trouvé A(6, 1) en traçant un cercle à partir du centre, cercle passant par les points B(7, 9) et C(-1, 5).

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:35

cherche une methode de construction elementaire comme au college

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:44

Pour ce qui est de la mise en équation, x et y doivent vérifier 3x + 4y = 22 ou 3x + 4y − 22 =0 et \vec{||AB||} = \vec{||AC||} ?

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:47

Citation :
il est équidistant de B et C de coordonnées connues
donc deuxième relation entre x et y


et d'ailleurs construction géométrique "comme au collège" : l'ensemble des points équidistants de B et C est ...
(pourquoi "équidistant de" ?? par définition géométrique de collège -6ème- d'un cercle)

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 12-05-16 à 21:48

si ça te chante d'écrire AB = AC en longueur sous forme de norme de vecteurs, libre à toi
mais la distance de deux points c'est "formule connue" à écrire directement !!!

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 14:55

L'ensemble des points équidistants d'un point A est le cercle de centre A et de rayon égal à la distance donnée.

Cette distance peut s'exprimer (dans un repère orthonormé) par :
Pour AB = \sqrt{(xB-xA)²+(yB-yA)²}
et AC = \sqrt{(xC-xA)²+(yC-yA)²}

Ce qui donne en valeurs numériques :
AB = \sqrt{(7-xA)²+(9-xA)²} =AC = \sqrt{(-1-xA)²+(5-yA)²}

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 15:30

c'est un peu du n'importe quoi ta réponse car bien que juste dans l'ensemble, elle ne correspond pas à la question

on ne te demandait pas les points équidistants de A tout court (c'est à dire tous les points M, N, P etc avec MA = NA = PA etc)

mais ceux qui sont à égale distance de B et de C c'est à dire tous les points M tels que MB = MC

Exercice équations de droites et cercles

(cours de 5ème) comment s'appelle l'ensemble de ces points là)
le point A cherché fait partie de cet ensemble de points
comme il doit aussi être sur la droite donnée
A est à l'intersection des deux
ce qui permet de le construire sans aucun tâtonnement.


enfin, tu as tout de même exprimé la relation cherchée entre les coordonnées de A (xA ; yA) (moyennant faute de frappe)
que de façon bien plus simple je t'avais conseillé d'écrire juste (x ; y)
(c'est plus simple à écrire et on peut les appeler comme on veut, totalement comme on veut !)


le point A doit donc satisfaire à (traduction de AB = AC, équidistant de B et C)

\sqrt{(7-x_A)^2+(9-{\red y_A})^2} = \sqrt{(-1-x_A)^2+(5-y_A)^2}

ou bien plus simplement à

(7-x)^2+(9-y)^2 = (-1-x)^2+(5-y)^2

(car AB = AC est équivalent à AB² = AC² !!)

et comme il est sur la droite donnée, il doit satisfaire à 3x + 4y = 22

ses coordonnées x et y sont donc les solutions du système

\left\lbrace\begin{matrix}(7-x)^2+(9-x)^2 = (-1-x)^2+(5-y)^2\\ 3x + 4y = 22\end{matrix}\right.

à résoudre
(commencer par développer et simplifier la première !! la suite tu dois savoir faire, tu le verras bien)

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 16:12

C'est ensemble de points s'appelle une médiatrice, même si tu avançais que c'était du programme de 5ème, pas de 6ème, bref...

Résolvons le système :

\left\lbrace\begin{matrix}(7-x)^2+(9-y)^2 = (-1-x)^2+(5-y)^2\\ 3x + 4y = 22\end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} (49 -14x +x²) +(81-18y+y²) = (1²+2x+x²)+(25-10y+y²)\\ 3x+4y=22 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} 49-14x+x²+81-18y+y² = 1+2x+x²+25-10y+y² \\ 3x + 4y=22 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} -14x-18y+130 = 2x -10y+26\\ 3x + 4y = 22 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} -16x-8y = -104\\ 3x + 4y = 22 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} -16x-8y=-104 \\ -6x-8y=-44 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} -10x=60 \\ x=-6 \end{matrix}\right.
Je crois qu'il y a une erreur de signe dans x.

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 16:29

Pour en revenir à trouver y en considérant que x = 6 :

\left\lbrace\begin{matrix} x = 6\\ 3\times 6+4y=22 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x = 6\\ 4y=22-18 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x = 6\\ 4y= 4 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x = 6\\ y= 1 \end{matrix}\right.

Les coordonnées du centre du cercle C sont (6 ; 1)

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 16:36


l'ereur est tout à la fin dans le 60 : -104 - (-44) = -60, pas +60

mais là aussi les calculs sont filandreux avec des changements de signes inutiles etc

de
\left\lbrace\begin{matrix} -16x-8y = -104\\ 3x + 4y = 22 \end{matrix}\right.

"au plus simple" on cherche à éliminer un maximum de signe - , sources d'erreurs potentielles

donc:

\left\lbrace\begin{matrix} 16x+8y = 104\\ 3x + 4y = 22 \end{matrix}\right.

puis
\left\lbrace\begin{matrix} 16x+8y = 104\\ 6x + 8y = 44 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} 10x = 60\\ 6x + 8y = 44 \end{matrix}\right. (on garde un système jusqu'au bout, c'est toujours un système de 2 équations, à deux inconnues x et y, même si la 1ère ne comporte que l'inconnue x)

garder le système permet ensuite de calculer y ... alors que toi tes y ont totalement disparus et tu seras incapable de le calculer

par équivalence de systèmes de toujours deux équations à toujours deux inconnues ça se termine tout à la fin par le système

\left\lbrace\begin{matrix} x = 6\\ y = valeur \end{matrix}\right.

qui exprime en fait les solutions du système de départ, vu que depuis le début on n'a écrit que des équivalences.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 16:45

nota : toujours dans la recherche des écritures "au plus simple" on pouvait simplifier
16x + 8y = 104 en 2x + y = 13, vu que tout est multiple de 8.

mais bon, vu que avec la méthode d'addition il faudra remultiplier par 4 pour éliminer y, on pouvait se contenter de simplifier en seulement
8x + 4y = 52
et c'était plus facile "de tête" que de voir que 104 est un multiple de 8 ! il suffisait de voir qu'ils étaient pairs, et de s'arrêter à cette première simplification par 2.

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 16:46

Merci pour ces conseils face à ces étourderies :

\left\lbrace\begin{matrix} 10x = 60\\ 6x + 8y = 44 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x=6\\ 6\times 6+8y=44 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x=6\\ 36+8y=44 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x=6\\ 8y=44-36 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x=6\\ 8y=8 \end{matrix}\right.

\left\lbrace\begin{matrix} x=6\\ y=1 \end{matrix}\right.

On trouve A(6;1)

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 17:03



il faudra en 1ère aussi s'habituer à faire certaines de ces étapes de tête (de façon sûre et aisée) plutôt que de mâchouiller ça sur des dizaines de lignes de calcul ...
cela n'en sera que plus clair. et gardera des forces dans les exos "plus longs", ou ce calcul ne serait qu'une simple introduction au véritable exo qui suit, qui, lui, nécessitera l'esprit clair et toutes ses forces.

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:23

pou trouver l'equation de la mediatrice il vaut mieux chercher la droite perpendiculaire au segment en son milieu.

Posté par
Paulthetall
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:28

En utilisant un vecteur normal de cette perpendiculaire, puis déterminer le vecteur directeur de la médiatrice ?

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:33

c'est ce qu'on fait en premiere il me semble.

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:34

oui IM scalaire BC egal 0

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:46

on peut s'interroger si simplifier MB² - MC² = 0 est plus simple ou pas que

calculer le milieu I de BC
puis écrire \vec{IM}.\vec{BC} = 0

mais on peut parfaitement faire comme ça aussi.

Posté par
alb12
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:51

ecrire des carres pour les faire disparaître paraît moins judicieux.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice équations de droites et cercles 13-05-16 à 18:54

c'est surtout dans le cadre de :

Citation :
... sur les applications du produit scalaire

le calcul par MB²-MC² = 0 risque d'être considéré comme "hors sujet"



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