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Probabilités et géométrie

Posté par
Vassillia
21-12-22 à 14:35

Bonjour, comme la tendance est aux probabilités et à la géométrie, je tente ma chance avec ce problème qui mélange les deux et ne nécessite pas de bidouillage

1) On prend trois points au hasard sur un cercle, quelle est la probabilité qu'ils forment un triangle acutangle ?
2) On prend trois points au hasard sur une sphère, quelle est la probabilité qu'ils forment un triangle acutangle ?

Rappel : un triangle acutangle est un triangle dont les trois angles sont aigus (c'est à dire <90°)

Posté par
verdurin
re : Probabilités et géométrie 21-12-22 à 18:49

Merci Vassillia pour ce problème.
Pour la question 1 :

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Pour la question 2 je cherche.

Posté par
flight
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 00:28

Bonjour

Pour la première question , je trouve une proba de :
  

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Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 09:14

Bonjour,
Pour la question 1 :

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Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 09:15

Oups ! je m'ai trompé

Posté par
verdurin
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 10:01

Moi aussi

 Cliquez pour afficher

Posté par
GBZM
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 10:44

Bonjour

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Probabilités et géométrie

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 11:12

Posté par
Vassillia
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 12:23

L'art et la manière d'expliciter le problème en un schèma.
Bravo verdurin et GBZM mais alors la probabilité avec une sphère ? Les paris sont ouverts : plus, moins ou pareil ?

Posté par
dpi
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 14:42

Bonjour,

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Posté par
verdurin
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 15:08

Pour la seconde question.

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Posté par
GBZM
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 15:28

Et si on parle du triangle sphérique  déterminé par ces trois points sur la sphère ? Ça se complique.

Posté par
verdurin
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 16:11

C'est sans doute plus compliqué mais on peut remarquer que l'aire du triangle doit-être petite par rapport à celle de la sphère et en conclure que cette proba doit-être assez petite aussi.
Je parierais sur un résultat plus petit que 1/4.

Posté par
Vassillia
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 16:38

Ta réponse pour la question 2 n'est pas correcte verdurin, tu ne pourras pas démontrer que les sommets sont répartis de façon équiprobable sur le cercle et pour cause, ils ne le sont pas.
Pour le triangle sphérique, oui, à l'instinct ce sera plus petit, la somme des angles d'un triangle curviligne pour une sphère de rayon 1 est \pi+S avec S l'aire du triangle donc on devrait dépasser plus facilement \pi/2

Posté par
GBZM
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 16:44

Pas d'accord avec verdurin pour le cas du triangle plat

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Posté par
GBZM
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 17:10

Et pour le triangle sphérique acutangle, vous pouvez jouer ici : . Le calcul s'annonce coton !

Posté par
verdurin
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 18:08

En effet les points ne sont pas répartis uniformément sur le cercle

Pour le triangle sphérique ce n'est pas très  difficile :

 Cliquez pour afficher

Le tout sauf vraisemblable erreur de ma part.

Posté par
GBZM
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 18:21

"l'extérieur de la calotte sphérique"
C'est faux, verdurin ; tu penses triangle plat.
Si tu avais joué avec l'appliquette GeoGebra que j'ai mise en lien, tu aurais vu que dans la projection stéréographique une des fontières du domaine autorisé est une conchoïde, pas une droite ni un cercle.

Posté par
Vassillia
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 21:23

Bien joué GBZM pour le triangle plat,

Allez tentons ton histoire de triangle sphérique, notons a, b et c les angles sous-tendus au centre de la sphère ; \alpha, \beta et \gamma les angles du triangle voir les notations de wikipedia
Les densités de distributions sont respectivement \sin{a} \times da/2 et \sin{b} \times db/2 de manière indépendante pour les arcs et d\gamma/\pi pour l'angle
Le triangle est actuangle si \cos{\alpha} >0 , \cos{\beta} >0 et \cos{\gamma} >0

Dans le lien précédent, on trouve 2 égalités qui vont me servir :
(1) \cos{\gamma} =-\cos{\alpha} \cos{\beta} + \sin{\alpha} \sin{\beta} \cos{c} donc  \cos{c}=\dfrac{\cos{\gamma}+\cos{\alpha} \cos{\beta}}{\sin{\alpha} \sin{\beta}}> 0 puis  c<\pi/2.
On trouve de manière similaire que a<\pi/2  et b<\pi/2
(2) \sin{c} \cos{\beta}=\sin{a}\cos{b}-\cos{a}\sin{b}\cos{\gamma} donc  \cos{\beta} >0 entraine \sin{a}\cos{b}>\cos{a}\sin{b}\cos{\gamma} puis \cot{b}>\cot{a}\cos{\gamma}.
On trouve de manière similaire que \cot{a}>\cot{b}\cos{\gamma}

Bilan on a la densité de distributions \sin{a}\times \sin{b}\times da \times db\times \dfrac{ d\gamma}{4\pi} et l'encadrement \cot{a}\cos{\gamma}<\cot{b}<\cot{a}/\cos{\gamma} avec 0<a<\pi/2 et 0<\gamma<\pi/2

On se débrouille pour encadrer \cos{b} et en intégrant d'abord par rapport à b on trouve
\int_0^{\pi/2} \dfrac{d\gamma}{4\pi} \int_0^{\pi/2} \sin{a}\left(  \dfrac{\cos{a}}{\sqrt{1-\sin^2{\gamma}\cos^2{a}}}-\dfrac{\cos{a}\cos{\gamma}} {\sqrt{1-\sin^2{\gamma}\sin^2{a}}} \right)da
=\int_0^{\pi/2} \dfrac{d\gamma}{4\pi} \left[\dfrac{\sqrt{1-\sin^2{\gamma}\cos^2{a}}+\cos{\gamma}\sqrt{1-\sin^2{\gamma}\sin^2{a}}}{\sin^2{\gamma}}\right]_0^{\pi/2}
=\int_0^{\pi/2}  \dfrac{d\gamma}{4\pi} \times \dfrac{1-2\cos{\gamma}+\cos^2{\gamma}}{\sin^2{\gamma}}
=\int_0^{\pi/2} \dfrac{d\gamma}{4\pi} \tan^2\dfrac{\gamma}{2}
= \left[ \dfrac{2 \tan{\gamma/2}-\gamma}{4\pi}\right]_0^{\pi/2}=\dfrac{4-\pi}{8\pi}

PS : Il ne faut pas le dire mais j'ai triché pour faire les calculs de l'intégrale

Posté par
Vassillia
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 22:17

On ne change pas une thématique qui plait, en 1883, la Sociéte Mathématiques de France a publié une solution au problème suivant :
On choisit au hasard un point M à l'intérieur d'un triangle équilatéral ABC, quelle est la probabilité que le triangle formé avec les droites (AM), (BM), et (CM) soit acutangle ?

Posté par
Vassillia
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 22:38

Edit : je me rends compte que la formulation de l'époque n'est pas très claire et d'ailleurs je l'avais mal comprise, il faut comprendre les distances AM, BM et CM

Posté par
flight
re : Probabilités et géométrie 22-12-22 à 22:40

Bonjour je m'etais trompé dans ma réponse à la premiere question
la voici rectifiée avec  un programme de type vba excel

Sub proba_acutangle()
Dim corde1, corde2, corde3, p, q, r As Double
Dim k As Long
Randomize

rayon = 1

e = 0

Do
e = e + 1
'choix des points angulaires :
p = Rnd * (2 * WorksheetFunction.pi)
q = Rnd * (2 * WorksheetFunction.pi)
r = Rnd * (2 * WorksheetFunction.pi)
angle1 = Application.Max(p, q) - Application.min(p, q)
angle2 = Application.Max(p, r) - Application.min(p, r)
angle3 = Application.Max(q, r) - Application.min(q, r)

corde1 = 2 * rayon * Sin(angle1 / 2)
corde2 = 2 * rayon * Sin(angle2 / 2)
corde3 = 2 * rayon * Sin(angle3 / 2)

  
   If (corde1 < corde2 + corde3) And (corde2 < corde1 + corde3) And (corde3 < corde1 + corde2) Then
  
    
     alpha = (WorksheetFunction.Acos((corde1 ^ 2 + corde2 ^ 2 - corde3 ^ 2) / (2 * corde1 * corde2))) * 180 / WorksheetFunction.pi
     beta = (WorksheetFunction.Acos((corde1 ^ 2 + corde3 ^ 2 - corde2 ^ 2) / (2 * corde1 * corde3))) * 180 / WorksheetFunction.pi
     Gamma = (WorksheetFunction.Acos((corde2 ^ 2 + corde3 ^ 2 - corde1 ^ 2) / (2 * corde2 * corde3))) * 180 / WorksheetFunction.pi
        If alpha < 90 And beta < 90 And Gamma < 90 Then
          k = k + 1
        End If
        
  End If
Loop Until e = 100000  'essais
MsgBox k / e  '---> retourne 0,25 comme proba
End Sub



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