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Minimum/maximum

Posté par
Prince0
23-04-18 à 15:33

Bonjour,

Citation :

Soit ABC un triangle. on note a, b, c les longueurs respectives des côtés [BC], [CA] et [AB]. Soit E l'ensemble des triangles ABC (y compris ceux qui sont aplatis) du plan tels que ab+bc+ca=12. On note p le demi-périmètre d'un élément de E. Déterminer le minimum et le maximum de p.


Voici ce que je propose . Quitte à renommer ce triangle, on peut supposer que a\geq b \geq c. Puisque 3a^2 \geq a^2+b^2+c^2 \geq ab+bc+ac=12 alors a^2 \geq 4 et donc a \geq 2, a étant une longueur et est donc positive. D'autre part, on a ab\geq ac \geq bc donc 3ab \geq ab+bc+ac=12\geq3bc soit 
 \\  \geq bc. D'une part ab \geq 4 \Rightarrow b \geq 2 puisque b \geq  \frac{4 }{a} et la fonction qui à tout entier a strictement positif associe le réel 4/a est strictement décroissante sur R+.  (puisque deux longueurs au moins sont strictement positives, on suppose que c'est a et b)
D'autre part on trouve que 0 \geq c\leq 2.
Maintenant, comment minimiser le demi-périmètre ? Je ne sais pas si c'est utile, mais a, b et c ont nécessairement tous les trois le même reste après division par 3.
Merci d'avance pour un petit coup de main.

Posté par
Prince0
re : Minimum/maximum 23-04-18 à 15:34

0\leq c\leq 2*

Posté par
Glapion Moderateur
re : Minimum/maximum 23-04-18 à 15:50

Pour info tu as des éléments de réponse dans ce topic là (regarde la partie 3) : Exercice assez difficile . mais je n'ai pas regardé en détails.

Posté par
Prince0
re : Minimum/maximum 23-04-18 à 16:21

Je viens de trouver qqch en regardant l'autre topic :
Sans passer par la transformation a=x+y, b=y+z et c=z+x comme il a été fait :
On a a+b\geq c, b+c\geq a et a+c\geq b. On en déduit que (b+c)a+bc=12 \geq a^2+bc.. De même, 12\geq b^2+ac, 12\geq c^2+ab. On somme, et on obtient 24\geq a^2+b^2+c^2. Or p^2=a^2+b^2+c^2+ab+bc+ac. Pour maximiser p, on maximise a^2+b^2+c^2 et on prend donc a^2+b^2+c^2=24 (qui est obtenu lorsque b+c=a, a+c=b et a+b=c soit a=b=c=0). On obtient alors p^2=36 soit p=6 et donc p/2=3.

Posté par
Prince0
re : Minimum/maximum 23-04-18 à 16:36

Puisque a^2+b^2+c^2\geq ab+bc+ac=12, le minimum de p est atteint lorsque a^2+b^2+c^2=12=ab+bc+ac (càd a=b=c) et alors p^2=24 soit p/2=\frac{\sqrt{24}}{2}.

Juste, quand est-ce que a^2+b^2+c^2=24 ?

Posté par
lake
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 09:40

Bonjour,

Je crois que tu t'es mélangé les crayons:

  On a bien a^2+b^2+c^2\leq 24

  p=\dfrac{a+b+c}{2} et p^2\leq 12

  donc p\leq 2\sqrt{3}

Ce maximum est atteint pour un triangle aplati où un côté est de longueur nulle et les 2 autres sont égaux à 2\sqrt{3}

Posté par
lake
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 09:49

Pour le minimum, on obtient avec les mêmes méthodes p\geq 3.

Ce minimum est atteint lorsque le triangle est équilatéral de côté 2

Posté par
lake
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 10:28

Pour voir quand le maximum 2\sqrt{3} est atteint, on peut utiliser la formule de Héron:

  S^2=p(p-a)(p-b)(p-c)=p[p^3-(a+b+c)p^2+(ab+bc+ca)p-abc]

  Si p=2\sqrt{3}, on obtient:

  S^2=-2\sqrt{3}abc

Donc nécessairement, S=0 et un des côtés est de mesure nulle (avec les deux autres égaux).

Ce qui donne bien un triangle aplati avec 2 côtés de mesure 2\sqrt{3} et le dernier de mesure nulle.

On peut vérifier que ab+bc+ca=12

Posté par
lake
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 11:13

Pour voir quand le minimum  3 est atteint:

On a l'identité:

  (a-b)^2+(b-c)^2+(c-a)^2=2[a^2+b^2+c^2-(ab+bc+ca)]

Donc si a^2+b^2+c^2=ab+bc+ca, on déduit immédiatement que a=b=c

C'est à dire ici que ABC est équilatéral (et donc, avec p=3, de côté 2)

Posté par
Prince0
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 22:49

Ah ok merci, en fait j'ai fait une erreur en pensant pendant un instant que a^2+b^2+c^2+ab+bc+ac=(a+b+c)^2...

Posté par
Prince0
re : Minimum/maximum 24-04-18 à 22:52

Je me disais bien que la solution à cet exo n'était pas aussi complexe que comme il a été fait sur l'autre topic, vu les autres questions du DS en question

Posté par
lake
re : Minimum/maximum 25-04-18 à 09:17

Citation :
Je me disais bien que la solution à cet exo n'était pas aussi complexe


Tu as raison, ce n'est pas vraiment "complexe".  L'exercice revient à montrer que nécessairement:

   12\leq a^2+b^2+c^2\leq 24

Et que les bornes sont atteintes pour 2 types de triangles particuliers.

Mais on s'en rend compte une fois qu'on a fait le tour de la question. Pour ma part, j'ai tout de même cherché un moment (en abandonnant rapidement le lien) avant de trouver quelque chose de présentable...



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