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exercice géométrie analytique (cercle)

Posté par
adri255
19-06-18 à 23:37

Bonsoir, je prépare actuellement le concours d'admission de l'ERM et je cale sur un petit problème en géométrie 2D ! Qui pourrait m'expliquer précisément ce qu'il faudrait faire car j'essaie différentes possibilités mais ce que je fais, ne me parait pas "mathématiquement correct".

Voici la consigne: Calculer le rayon du plus grand cercle qui contient les points de coordonnées (1, −1) et (3, 1) et qui est tangent a la droite y = −3x .

Merci d'avance

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 00:21

Bonjour,
"car j'essaie différentes possibilités"
lesquelles ?
on ne peut pas savoir si tes pistes sont les bonnes et qu'il manque juste un coup de pouce pour les redre "mathématiquement correctes" ou si ce sont de fausses pistes !!

Posté par
patrice rabiller
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 09:01

Bonjour,

Une piste possible :
-> Trouver l'équation de la médiatrice de [AB] : le centre du cercle doit appartenir à cette médiatrice
-> Noter C le point de contact du cercle et de la droite d, d'équation y=-3x
-> Noter D le centre du cercle cherché (sur la médiatrice de [AB])
-> Le point C doit vérifier 2 conditions :
        => DC² = DA²
        => \vec{DC}\perp d

On obtient 2 solutions simples et il est facile de voir laquelle correspond au plus grand cercle.

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 09:13

illustration de ce que dit patrice rabiller

exercice géométrie analytique (cercle)

mais il aurait été bien que adri255 dise ce qu'il avait commencé de faire !!
(la même idée ? une autre ? une mauvaise interprétation de l'énoncé ? ou quoi ?)

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 16:42

Bonjour,

Calculer comme le propose patrice rabiller, oui mais
Si l'on s'intéresse au point B plus qu'au point A, (et au triangle BAH' sur la figure de mathafou)
la solution est  immédiate, au vu des données de l'énoncé,

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 16:55

??
on ne sait rien de H' ni du triangle BAH' ni que par miracle BH' serait ou pas un diamètre du petit cercle etc...
le rôle des deux cercles est totalement interchangeable.

en tout cas "géométrie analytique" cela entraine les équations citées
qui ne sont que du second degré.

(et il y a aussi une construction "simple" et connue, à la règle et au compas, mais ceci est une toute autre histoire... : "les 10 problèmes d'Apollonius")

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 18:19

Bonjour,

On sait bien des choses au vu  les coordonnées citées !

Citation :
Calculer le rayon du plus grand cercle qui contient
les points de coordonnées (1, −1) et (3, 1) et qui est tangent a la droite y = −3x

Si O est l'origine des coordonnées : [OB]est orthogonal à la droite 3x+y=0
donc O est le point H' du dessin de mathafou
[AB] et [OA] sont orthogonaux donc la médiatrice de [AB] passe par le milieu de [OB] qui est le centre du cercle en pointillé du dessin de mathafou
donc MHH'B = MHOB est un carré et le rayon cherché est obtenu par OB
Mais peut-être est-ce trop évident avec un dessin et pas dans l'esprit des calculs analytiques.  

Posté par
adri255
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 20:36

alors j'ai essayé en faisant un système d'équations à 3 inconnues car premièrement je sais que mon cercle passe par (1 ; -1 ) et (3; 1).

Deuxièmement, je sais que mon cercle passe par la tangente y=-3x

voici les 3 équations

(1-a)²+(-1-b)²=R²
(3-a)² + (1-b)²= R²

et finalement -> (x-a)²+ (-3x-b)² =R²

Attention pour cette équation, je devrai mettre un delta = 0 puisque la tangente ne touche qu'une seule fois mon cercle ("but d'une tangente vous me diriez")
je ne sais pas si ce résonnement est correct ? si il est bon, j'ai sûrement fait une erreur de calcul !

Posté par
Priam
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 21:56

Ta troisième équation me paraît douteuse.
C'est la distance du centre du cercle à la droite qui doit être égale à R .

Posté par
lafol Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 22:28

Bonjour
elle se tient, sa troisième équation : elle donnera l'abscisse x d'un point de la tangente qui sera aussi sur le cercle, une fois écrit, comme il l'a précisé, que cette équation ne doit avoir qu'une unique solution, pour que la tangente ne coupe qu'une fois le cercle.
(a,b) dans ses équations représente le couple de coordonnées du centre du cercle

en fait sa troisième équation serait plutôt "delta =0" avec delta le discriminant de (x-a)²+ (-3x-b)² =R²
ça lui donnera trois équations en a,b,R

Posté par
adri255
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 23:26

Pour être sur, pourrai- jendans ma 3ieme équation, remplacer r^2 par l'une des 2 premières et au préalable établir une relation entre a et b pour avoir soit du a soit du b dans cette 3ieme équation pour ensuite établir un delta=0 ?

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 23:36

Citation :
donc O est le point H' du dessin de mathafou
pas d'accord du tout, j'insiste :
on n'en sait rien
rien ne permet d'affirmer à ce stade que mon cercle orange serait de diamètre [HB]

exercice géométrie analytique (cercle)

(il en faut bien plus que ça pour le prouver, ou ce sera une fois qu'on aura réellement déterminé les cercles solutions qu'on s'en apercevra)

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 20-06-18 à 23:50

adri255 :
on peut parfaitement établir une relation entre a et b indépendante de r :
c'est l'équation de la médiatrice de AB

et c'est à partir des deux premières :
(1-a)²+(-1-b)² = (3-a)² + (1-b)²
==> relation du premier degré entre a et b après développement et simplification

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 01:14

Bonne nuit,

On cherche un cercle tangent à la droite (d) 3x+y=0 et qui passe par A(1;-1) et par B(3;1) : Si vous ne voyez pas que le cercle de diamètre [OB] convient, c'est que vous avez volontairement masqué les axes du repère de coordonnées.
Vous pouvez voir que la droite (AB) intersecte la droite (d) en C et que le point de contact T du deuxième cercle est tel que C est le milieu de [OT], car (OT) est tangente commune aux deux cercles. d'où immédiatement le centre du deuxième cercle sur la droite y=2-x médiatrice de [AB]
Les calculs analytiques sont des plus simples ( intersections de droites ), à moins que ce soit pour le plaisir de faire compliqué... : distance d'un point à une droite et êquation de degré 2

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 01:56

on peut parfaitement conjecturer la solution (tu ne fais que répéter encore et encore de ces conjectures)
et alors vérifier que cette solution convient est effectivement très simple ...

Posté par
Pirho
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 07:10

Bonjour,

une résolution un peu différente:

(x-a)^2+(y-b)^2=R^2

centre(a,b)   \in  médiatrice de [AB] d'équation y=2-x

donc b=2-a

R = distance du centre à la droite d'équation y=-3x

ensuite écrire que le cercle passe par A(ou B)

d'où 2 valeurs de a ( et de b ) correspondant aux 2 cercles

....

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 08:58

c'est en fait toujours la même présentée différemment (mêmes équations au final)

Citation :
[équation de la médiatrice = relation entre a et b]
et c'est à partir des deux premières :
(1-a)²+(-1-b)² = (3-a)² + (1-b)²

on peut bien sûr obtenir l'équation de cette médiatrice autrement
(coordonné du milieu et perpendiculaire)

quant à
"distance du centre à la droite d'équation y=-3x"
encore faut il connaitre comment se calcule la distance d'un point à une droite !!

sinon il faut faire comme dit par patrice rabiller le 20-06-18 à 09:01
ou bien écrire que le cercle est tangent à la droite (delta nul) comme le propose adri255

Posté par
Pirho
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 09:06

Citation :
encore faut il connaitre comment se calcule la distance d'un point à une droite !!


c'est du cours, non?

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 09:22

Citation :
c'est du cours, non?
qui sait, de nos jours ...
de mon temps c'était effectivement dans le cours de 1ère.
c'est d'ailleurs dans la fiche de l'ile Calcul de distances dans le plan

et entre ce qui est dans le cours et ce qu'on connait (se rappelle) du cours il y a généralement un gros trou...

Posté par
carpediem
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 09:37

salut

la distance d'un point à une droite ou à un plan n'est pas au programme du lycée ...

cela ne veut pas dire que certains exercices ne le demandent pas dans des cas particuliers ...

c'est un exercice de niveau de première ... fort probablement du cours produit scalaire et équation de cercle ...

Posté par
Pirho
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 10:35

merci monsieur le professeur

Posté par
carpediem
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 11:16

de rien

Posté par
malou Webmaster
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 12:00

je viens de rajouter une phrase en haut de la page des fiches, je la mettrai aux autres niveaux également...
"Tous ces contenus ne sont pas nécessairement enseignés, mais sont abordables par un élève de première."
Je le dis souvent dans des topics, un livre, ou un site n'est pas une référence de programme...la seule référence, c'est le programme officiel

Posté par
carpediem
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 12:12

je résumerai par une phrase :

ce n'est pas parce qu'on en sait plus qu'on doit oublier qu'on en sait moins ...

et que parfois c'est très suffisant ... même si peut-être plus fastidieux ...


de toute façon : connaitre la distance d'un point à une droite/plan est-ce réciter et appliquer bêtement une formule ou savoir ce que ça signifie ?

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 19:51

Bonsoir,

Le savoir vient beaucoup et surtout des exercices, au-delà du cours.
Quelle erreur de vouloir limiter les méthodes et les connaissances à ce qui est seulement vu en classe..."au Programme"....
Qu'il faille peiner sur un développement analytique au moins une fois, certes. Mais faire fi d'une vraie démonstration, belle et simple, parce qu'elle s'écarte du comportement fixé est une aberration....

Posté par
lafol Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 19:55

d'un autre côté si le but est d'entraîner l'élève à utiliser des équations, lui donner une solution non analytique ne l'avancera pas beaucoup ....

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 22:14

parmi les solutions analytiques :

conjecturer la solution (par une boule de cristal ou par l'intuition ou par essais avec un logiciel de géométrie)
puis démontrer (analytiquement, coordonnées, équations de droite, intersections etc) que cette solution est valide
est parfaitement admissible
à condition d'appeler un chat un chat et de bien présenter la démarche avec une honnête rigueur
(sans prendre ses hypothèses pour des réalités ni en omettant des preuves)

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 21-06-18 à 23:01

Bonsoir,

--> adri255 : finalement, quel est le développement de vos calculs ? quel résultat ?
Avez-vous besoin de plus d'aide ? d'information sur des notions évoquées ?

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 22-06-18 à 14:26

Bonjour,

On ne sait donc pas si adri255 a réussi avec le "delta=0" ou via b=2-a (Pirho  21-06-18 à 07:10)
à trouver l'équation 2a2-11a+12=0 qui donne l'abscisse des centres des cercles cherchés.

--> mathafou : quand j'ai écrit

Citation :
Si O est l'origine des coordonnées : [OB]est orthogonal à la droite 3x+y=0
donc O est le point H' du dessin de mathafou du 20-06-18 à 09:13
[AB] et [OA] sont orthogonaux donc la médiatrice de [AB] passe par le milieu de [OB] qui est le centre du cercle en pointillé du dessin de mathafou  
Ce n'est pas une divination ni une conjecture, c'est un fait démontré (analytiquement) avec les coordonnées numériques de l'énoncé.

adri255 a écrit :
Citation :
Qui pourrait m'expliquer précisément ce qu'il faudrait faire car j'essaie différentes possibilités
ce pourquoi j'ai proposé une démarche plus simple que le calcul complet pour deux cercles :
Citation :
Vous pouvez voir que la droite (AB) intersecte la droite (d) en C et que le point de contact T du deuxième cercle est tel que C est le milieu de [OT], car (OT) est tangente commune aux deux cercles. d'où immédiatement le centre du deuxième cercle sur la droite y=2-x médiatrice de [AB]
Cette propriété est souvent vue en exercice après un cours sur les vecteurs :
Soit un cercle (O,r) et un point P extérieur à ce cercle. Une droite passant par P coupe le cercle en A et B. Montrer que \vec{PA}.\vec{PB}=PO^2-r^2
L'utilisation analytique dans cet exercice est particulièrement simple et fructueuse.

Je n'ai peut-être pas présenté la démarche avec rigueur, mais je n'ai pas pris des hypothèses pour des réalités, et si je n'ai pas donné comme preuves des calculs analytiques complets, ce fut avec honnêteté.

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 22-06-18 à 14:39

si, c'est une conjecture (il faut avoir effectivement tracé - comment, pourquoi ? - un tel cercle pour le voir, ou en avoir l'idée que un tel cercle pourrait peut être convenir)
et elle se démontre effectivement analytiquement (pas difficile) etc
je n'ai rien contre ta méthode comme j'ai dit
c'est sa présentation qui me chiffonne
et c'est pour çà que j'avais effacé mon repère, pour ne pas suggérer des choses
parce que mes cercles solutions tout tracés, pour l'instant on ne sait pas comment on les obtient !!!
donc imaginer que l'un d'eux passerait par O est bien de la "divination". (de l'intuition, des essais et observations, appelles ça comme tu veux)
ce qui s'appelle bien une conjecture / hypothèse
et que l'on démontre (ensuite) facilement, on est tout à fait d'accord.

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 22-06-18 à 15:08

PS :

delta = 0 et b=2-a
delta = 0 seul n'aboutit à rien du tout à part une relation assez compliquée entre a, b et R

adri255 en était parfaitement conscient quand il a écrit :

adri255 @ 20-06-2018 à 23:26

Pour être sur, pourrai- je dans ma 3ieme équation, remplacer r^2 par l'une des 2 premières et au préalable établir une relation entre a et b pour avoir soit du a soit du b dans cette 3ieme équation pour ensuite établir un delta=0 ?
auquel j'ai répondu
mathafou @ 20-06-2018 à 23:50

adri255 :
on peut parfaitement établir une relation entre a et b indépendante de r :
c'est l'équation de la médiatrice de AB

et c'est à partir des deux premières :
(1-a)²+(-1-b)² = (3-a)² + (1-b)²
relation du premier degré entre a et b après développement et simplification

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 22-06-18 à 17:24

Bonsoir,

Qui n'a pas vu que les données numériques de ce problème de préparation à un concours étaient arrangées pour tester quelle méthode irait le plus simplement à la solution ?
Mais mathafou va dire que ceci est une conjecture...

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 23-06-18 à 10:38

Qui n'a pas vu
moi par exemple
j'ai d'abord construit les cercles, de façon purement géométrique, et ensuite j'ai observé que etc...

Posté par
vham
re : exercice géométrie analytique (cercle) 23-06-18 à 11:32

Bonjour,

--> mathafou : Ce qui a d'emblée retenu mon attention sans même avoir regardé votre dessin,
c'est que les coordonnées de B(3;1) mettaient [OB] orthogonal à (d) d'équation y=-3x.
j'ai donc vu alors (toujours analytiquement d'après le titre) que [OA] était aussi orthogonal à [AB] et j'en ai déduit que le premier cercle était de diamètre [OB]
Et en regardant votre dessin j'ai trouvé dommage que (AB) ne vienne pas couper (d), etc.
Voilà pourquoi j'ai réagi un peu vivement à votre commentaire du 20-06-18 à 16:55 car une construction géométrique m'est aussi bien connue...

Veuillez m'excuser si j'ai réagi trop vivement car vos compétences sont bien appréciées et vos commentaires assez pertinents.

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 23-06-18 à 12:01

en fait on est bien d'accord, c'est juste la présentation des choses qui nous "sépare"
l'observation des coordonnées / du dessin suggère l'hypothèse que ...
hypothèse que l'on vérifie immédiatement par le calcul pour l'exprimer alors comme une certitude

Posté par
mathafou Moderateur
re : exercice géométrie analytique (cercle) 23-06-18 à 17:15

HS construction géométrique

Citation :
Et en regardant votre dessin j'ai trouvé dommage que (AB) ne vienne pas couper (d), etc.
je suppose que tu fais référence à la construction qui utilise la relation citée (IH² = IA.IB avec mes points)

exercice géométrie analytique (cercle)
(le détail de la construction de IH² à partir de IA.IB n'est pas montré)

ce n'est pas obligatoire, on peut aussi les construire ainsi :

exercice géométrie analytique (cercle)

les cercles cherchés sont obtenus par les homothéties de centre S, intersection de (d) avec la médiatrice de [AB]
on trace un cercle quelconque, centré en un point N quelconque sur la médiatrice et tangent à (d) ( et (d'))
la droite (SA) coupe ce cercle en C (et C')
le cercle cherché est l'homothétique du cercle (N) dans l'homothétie de centre S qui transforme C en A
et donc son centre est obtenu par la parallèle (AM) à (CN)

en fait on a ramené le problème (A, B, d) (Point Point Droite) d'Apollonius en le problème (A, d, d') (Point Droite Droite) du même dans ses "10 problèmes"

mais comme ni la puissance d'un point par rapport à un cercle ni les homothéties (en tant que transformation) ne sont au programme je n'en avais pas parlé volontairement.
d'autant que une construction géométrique est totalement hors sujet dans un exo sur les calculs analytiques
(fussent ils simplifié en "devinant" une solution)



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