Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau Reprise d'études-Ter
Partager :

orthocentre - relation de Sylvester

Posté par
fabo34
17-04-23 à 11:38

Bonjour à tous.

Je veux faire un exercice (niveau 1ère) pour arriver à la magnifique formule de Sylvester:  ABC un triangle, H l'othocentre et O le centre du cercle cisconscrit, on a  \vec{OH}= \vec{OA}+\vec{OB}+\vec{OC} . Dans tout ce que j'ai lu, ils la "parachutent", et je trouve ça dommage.

L'approche est d'utiliser un vecteur directeur de la médiatrice comme directeur de la hauteur. On peut refaire démontrer (avec le  produit scalaire) que \vec{OB}+\vec{OC} est normal à \vec{BC}. Au final, on a un vecteur directeur de la hauteur; et ainsi \vec{AH}=a( \vec{OB}+\vec{OC}) . Idem,  \vec{BH}=b( \vec{OC}+\vec{OA}) et \vec{CH}=c( \vec{OA}+\vec{OB})

Ensuite, il faut prouver a=b=c=1.
Et là je n'ai rien trouvé de "simple" comme argument.

Peut-être avec Chasles, arriver à ce système:

        \vec{OH}= \vec{OA}+a\vec{OB} +a\vec{OC}
        \vec{OH}= b\vec{OA}+\vec{OB} +b\vec{OC}
        \vec{OH}= c\vec{OA}+c\vec{OB} +\vec{OC}

C'est surement tout bête, mais ici comment faire montrer a=b=c=1 en 1ère ?

Posté par
carpediem
re : orthocentre - relation de Sylvester 17-04-23 à 12:12

salut

ce qui serait bien c'est de nous déposer une figure avec le triangle ABC et ses hauteurs et médiatrices, les milieux I, J, K des côtés, O et H ...

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 17-04-23 à 13:55

Je me permets de piquer la figure du wikipedia

Ici, je ne voulais pas pas forcément introduire les points milieux des côtés. Juste trouver un vecteur normal à chaque côté pour diriger les hauteurs, en faisant remarquer que des vecteurs directeur des médiatrices font l'affaire! Du coup pour [BC], on a:
(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}=(\vec{OB}+\vec{OC}).(\vec{BO}+\vec{OC})=OC^2-OB^2=0   car   OB=OC=OA.

orthocentre - relation de Sylvester

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 17-04-23 à 21:35

Bonjour,

Citation :
je ne voulais pas pas forcément introduire les points milieux des côtés

et pourtant   le point O devient un point utile...

orthocentre - relation de Sylvester

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 08:58

Bonjour PLSVU.

   Je ne comprends pas votre réponse (par rapport à la question de mon post).  Le point O est la donnée du problème, et j'utilise ses propriétés (OA=OB=OC).

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 09:16

   Bonjourfabo34fabo34

Que dire du point 0 pour le triangle A'B'C' ....

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 09:43

Oui. C'est l'orthocentre. Mais là il me semble qu'on retombe dans les démonstrations "classiques". Dans mon cas, je voulais inviter un élève à utiliser l'outil vectoriel pour contruire des points avec des déplacements, comme lorsqu'on avance dans l'inconnu. Je trouve que la plupart des exos du lycée sont "téléphonés", du moins n'invite guère à la démarche constructive. Je vous renvoie à mon précédent post où on cherche à trouver les courbes qui envoient des rayons issus d'un point dans une unique direction. Classiquement on demande aux élèves de vérifer qu'une solution toute faite, à savoir les paraboles, fonctionne. Je trouve ça beaucoup moins intéressant.

Là dans mon post, j'aimerais juste savoir comment prouver "joliment" que a=b=c=1

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 11:19

Juste pour donner un exemple. Je n'ai vu dans aucun manuel scolaire cette belle propriété invariante du produit scalaire avec 4 points du plan (ou de l'espace): \vec{MA}.\vec{BC} + \vec{MB}.\vec{CA}+\vec{MC}.\vec{AB}=0. Ici le consours des hauteurs devient "trivial": le point d'intersection de 2 hauteur appartient forcément à la 3ème hauteur. Un élève de 1ère peut la démontrer (avec Chasles) en 2 lignes. Or on leur fait calculer des équations cartésiennes de hauteur, avec des coordonnées de points données, calculer leur point d'intersection. Mais aucune démonstration générale. C'est pénible et sans intérêt pour des élèves que je connais.

Mais revenons à nos moutons ...

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 14:38

Etant de la génération , règle à calcul et table de trigonométrie  , je ne suis pas concernée par tes remarques..
En partant de l'énoncé  donné  montrer que \vec{OH}=\vec{OA}+\vec{OB}+\vec{0C}
  A' milieu du segment [BC]  B' milieu du segment[AC] et C' milieu du segment  [AB]
Réciproque du Théorème de Thalès (niveau 4ème) permet de conclure que les triangles ABC et A'B'C' sont semblables  de coefficient  \vec{AB}=-2\vec{A'B'}  
Les médiatrices (OA')  ,(OB') et (OC')   respectivement des côtés [BC] ,[AC] et [AB]  sont  respectivement les hauteurs du triangle A'B'C' ( niveau  collège:si deux droites sont parallèles  ,toute droite  perpendiculaire à l'une est  perpendiculaire à l'autre)
  d'où  O est l' orthocentre de triangle  A'B' C'    or H est l'orthocentre  du triangle ABC    par suite \vec{AH}=-2\vec{A'O} ( les triangles sont semblables)  

A' milieu de [BC}
\vec{BA'}=\vec{A'C}  
vec{OB}+\vec{OC}=\vec{OA'}+\vec{A'B}+\vec{OA'}+\vec{A'C}=2\veOA'}=-\vec{HA}
\vec{OA}+\vec{OB}+\vec{OC}=\vec{OA}+\vec{AH}=\vec{OH}
 \\

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 18-04-23 à 15:19


\vec{BA'}=\vec{A'C}
\vec{OB}+\vec{OC}=\vec{OA'}+\vec{A'B}+\vec{OA'}+\vec{A'C}=2 \vec{OA'}=-\vec{HA}
\vec{OA}+\vec{OB}+\vec{OC}=\vec{OA}+\vec{AH}=\vec{OH}

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 19-04-23 à 09:21

Merci PLSVU pour cette proposition. Mais trop classiquement liés aux milieux. Voici ce que j'ai finalement en tête ce matin, en évitant d'utiliser ces (a,b,c) :

On a \vec {HA}  et   \vec {OB}+\vec {OC} orthogonaux à \vec {BC}.
Donc leur somme l'est aussi, et par conséquent (\vec {HO}+\vec {OA}+\vec {OB}+\vec {OC}) aussi.

idem pour \vec {HB} (ou \vec {HC}), on arrive à (\vec {HO}+\vec {OB}+\vec {OA}+\vec {OC}) orthogonal à \vec {AC} ( ou \vec {AB})

2 relations suffisent pour dire que nécessairement \vec {HO}+\vec{OA}+\vec {OB}+\vec {OC}=\vec 0 . En effet, une droite ne peut pas être simultanément perpendiculaire à 2 droites sécantes.


Voilà. Avec du recul,  c'est propablement en connaissant déjà la relation qu'on a l'idée de faire la somme. Cette relation de Sylvester est un "coup de maître" qu'on ne peut qu'admirer.

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 19-04-23 à 10:57

Bonjourfabo34
J'ai le regret de te dire que c 'est inutile puisqu 'une seule égalité   du type  \vec{AH}=-2\vec{A'O}permet de  justifier l' égalité demandée
De plus l 'autre  expression  utilisée  est aussi justifiée par les milieux...

Posté par
fabo34
re : orthocentre - relation de Sylvester 19-04-23 à 11:50

J'ai l'impression de parler à quelqu'un qui ne veut pas entendre.
Je répète: Je ne veux pas passer par les milieux!!!Et je veux faire le chemin inverse: pas démontrer l'égalité, mais y arriver!!

Je ne veux pas t'offenser. Donc ne sois pas aux regrets que je ne veuille pas utiliser ta démonstration. En maths il y a plusieurs outils. Toi veux utiliser le compas et la régle. Moi je préfère l'équerre. Je répète, le but est montrer aux élèves de 1ère une façon "moderne" de considérer la géométrie. Ici avec le produit scalaire, qui est le condensé de plein de propriétés.  D'ailleurs, d'après sa biographie, Sylvester a travaillé sur la théorie des invariants. Et apparemment il existe "un groupe orthogonal pour lequel le produit scalaire est invariant". Bon, j'y comprends rien, mais je me dis que c'est probablement pour ça qu'on a donné le nom de la relation à ce mathématicien. Ou mieux, que c'est parce qu'il pensait en "invariant" que c'est le premier à avoir vu la relation entre O et H (?)

En te remerciant

Posté par
PLSVU
re : orthocentre - relation de Sylvester 20-04-23 à 10:07

Bonjour,
Sans parler des milieux
En partant  de ton calcul
(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}=(\vec{OB}+\vec{OC}).(\vec{BO}+\vec{OC})=OC^2-OB^2=0   car   OB=OC=OA.
(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}=0

\vec{HA}.\vec{BC}=0
 \\ \vec{HA}.\vec{BC}+(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}=0
 \\ (\vec{HO}+\vec{OA})\vec{BC}+(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}=0
 \\ \vec{OH}.\vec{BC}=\vec{OA}.\vec{BC}+(\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}
\vec{OH}.\vec{BC}=(\vec{OA}+\vec{OB}+\vec{OC}).\vec{BC}
\vec{OH}=\vec{OA}+\vec{OB}+\vec{OC}



Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Inscription gratuite

Fiches en rapport

parmi 1674 fiches de maths

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !