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Niveau Maths sup
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Rotations et translations du plan

Posté par Profil Ramanujan 06-04-19 à 18:14

Bonsoir,

On se place dans un plan euclidien orienté \mathcal{P} muni d'un repère orthonormé direct.
Soit  \theta un nombre réel non congru à 0 modulo 2 \pi, \Omega un point de  \mathcal{P}. La rotation de centre \Omega et d'angle \theta est notée r_{\Omega,\theta}
Soit \vec{u} un vecteur de \mathcal{P}. La translation de vecteur \vec{u} est notée t_{\vec{u}}

I/ Soit a un nombre complexe de module 1 et b un nombre complexe. On considère l'application f de \mathcal{P} dans lui-même qui a tout point d'affixe z associe le point d'affixe az+b
1) Montrer que si a=1 alors f est une translation dont on précisera le vecteur.

J'ai fait : f(z)=z+b donc f est la translation de vecteur d'affixe b.

Comment je peux déterminer le vecteur

Posté par
malou Webmaster
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:17

en évaluant \vec{MM'}

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:23

Donc f est la translation de vecteur \vec{u} (Re(b),Im(b)) c'est tout ?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:31

f(z) - z = b donc \vec{MM'} = \vect{u} avec \vec{u} le vecteur d'affixe b

Ma réponse : f est la translation de vecteur d'affixe b

est-elle la réponse attendue ?

Posté par
malou Webmaster
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:49

oui, bien sûr

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:49

Je mets la suite :

2) On suppose dans cette question que a \ne 1
a) Montrer que f possède un unique point fixe \Omega d'affixe \omega

Je trouve facilement : w=\dfrac{b}{1-a}

b) Montrer que l'image par f du point M d'affixe z est le point d'affixe a(z-w)+w
J'ai fait :
On a z' - \omega = z' - f(\omega) = az + b - a \omega -b = a(z- \omega)
Donc : z' = z + a (z - \omega)

c) Montrer que f est une rotation dont on précisera le centre et l'angle.
Je bloque pour cette question car d'après le cours, une similitude est la composée d'une homothétie et d'une rotation.

Je ne comprends pas ici pourquoi on doit montrer que c'est une rotation.

Posté par
malou Webmaster
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:54

erreur de recopie dans la question b
que vaut le module de a ?
z' - \omega  = a(z- \omega)

exprime vecM' en fonction de vec M
(j'aurais parié sur les questions ! c'est le cours sur les complexes qu'on faisait en terminale et qu'on peut encore faire)

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 18:59

Oui le début mais après ça se complique. J'ai trouvé la question finalement.

a est un nombre complexe de module égal à 1. Il est donc non nul. Il admet ainsi une forme trigonométrique : a = e^{i \alpha}\alpha désigne un argument de a

Ainsi : z' = \omega +  e^{i \alpha} (z -\omega)

f est donc la rotation de centre \Omega d'affixe \omega et d'angle \alpha qui désigne un argument de a.

Je réfléchis à la suite, j'aurais sûrement besoin de votre aide.

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 19:14

III/ Soient (a_1 ,a_2) \in \C^2 tels que |a_1|=|a_2|=1
Soient (b_1,b_2) \in \C^2
On considère l'application f_1, respectivement f_2, du plan dans lui même, envoyant le point d'affixe z sur le point d'affixe a_1 z + b_1, respectivement a_2 z + b_2
1/ Soit f = f_1 \circ f_2. Pour tout point M d'affixe z, calculer l'affixe de f(M).


Je trouve : f(z) = a_1 a_2 z + b_1 + b_2

2/ Montrer que f est une translation ou une rotation.

Si a_1 a_2 = 1 alors f est la translation de vecteur d'affixe  b_1+b_2

Pour la rotation je bloque

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 19:16

bonsoir

III-1 : faux

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 19:17

III-2 : évident avec ce que tu as fait dans la question précédente !

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 19:19

III-2 : une fois que tu auras la bonne expression de f, tu verras qu'elle est du type "az+b" avec |a|=1
il te suffit d'appliquer ce qui est fait dans la partie précédente pour conclure ! on n'en demande pas plus

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 20:01

Je corrige :  f_1 \circ f_2 (z) =a_1 a_2 z + a_1 b_2 +b_1

Notons : f(z) = a' z + b'|a'|=|a_1a_2|=|a_1||a_2|=1 et b'=a_1 b_2 +b_1

Si a_1 a_2=1 f est la translation de vecteur d'affixe b'

Si a_1 a_2 \ne 1 : f possède un unique point fixe \Omega' d'affixe : \omega'= \dfrac{ a_1 b_2 +b_1}{1-a_1a_2}

f est donc la rotation de centre \Omega' et d'angle \alpha_1 + \alpha_2 \alpha_i désigne un argument de a_i pour i \in [|1,2|]

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 20:35

IV/
Soit r_1 la rotation d'affixe 1 et d'angle \dfrac{\pi}{2} et r_2 la rotation de centre d'affixe 0 et d'angle -\dfrac{\pi}{2}.
Déterminer la nature et les éléments caractéristiques de r_1 \circ r_2 et r_2 \circ r_1

Je trouve r_1(z)=iz  + (1-i) et r_2(z)=-iz

r_1 \circ r_2 (z) = r_2 \circ r_1 (z) = z+ (1-i)

Donc r_1 \circ r_2 et r_2 \circ r_1 est la translation de vecteur d'affixe 1-i

C'est juste ?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 21:02

Dernière question de la première partie.
On considère l'ensemble G formé des rotation de  \mathcal{P} et des translations de  \mathcal{P}.  Montrer que G est un groupe pour une loi que l'on précisera.

Déjà la loi c'est évident que c'est la composition des applications.

Je dois montrer que \circ est une loi de composition interne.
La composition de 2 translation est une translation, la composition de 2 rotations est une rotation. La composition d'une rotation et d'une translation je ne sais pas
Je ne vois pas comment utiliser les résultats précédents.

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 21:27

Tu peux utiliser le fait que

f(z) = az + b avec |a|=1 est soit une rotation soit une translation

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 21:51

D'accord merci.

La loi \circ est une loi de composition interne car si on prend 2 éléments de G et qu'on les compose on obtient un élément de G d'après les questions précédentes.

La loi de composition des fonctions est associative.
Il existe un élément neutre : c'est l'application f(z)=z

Tout élément de G admet un inverse. Comment le déterminer ?

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:05

Serieux cette question?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:16

En fait je n'ai pas compris pourquoi tout élément de G s'écrit sous la forme :

f(z) = az + b avec |a|=1

On a pas démontrer l'équivalence on sait juste que :

(f(z) = az + b avec |a|=1) \implies f est une rotation ou une translation

Puis pour calculer l'inverse :

Si a=1 : f(z-b)=z donc l'inverse est z-b (translation)

Si a \ne 1 : l'inverse est : \dfrac{b}{1-a} (rotation)

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:20

Pour une rotation de point fixe W tu prends un point au pif du plan A daffixe a different de W

Alors ||WA|| = ||WA'|| ce qui se traduit comment avec lecriture complexe?

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:21

Enfin pas daffixe a vu que cest deja utilisé mais daffixe m ou jsais pas

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:30

|z' - \omega| = | z - \omega|

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:32

Et donc?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:45

z' - \omega = e^{i \theta} (z - \omega})

Donc z' = e^{i \theta} z + \omega  (1-  e^{i \theta} ) =az +b avec |a|=1

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:56

La question étant terminée je mets la suite qui me pose problème.

Soit \mathcal{D} une droite de  \mathcal{P}. La symétrie orthogonale d'axe  \mathcal{D} est notée s_{ \mathcal{D}}
Si \vec{u} et \vec{v} sont 2 vecteurs non nuls de  \mathcal{P}, on note (\vec{u},\vec{v}) l'angle orienté de \vec{u} et \vec{v}.

VI/ Soient D_1 et D_2 2 droites sécantes du plan en un point \Omega. On désigne par \vec{u_1} et \vec{u_2} des vecteurs directeurs de D_1 et D_2  respectivement.

1/ Montrer que \Omega est un point fixe de f.


Je ne vois pas comment faire.

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 22:57

Avec f = s_{D_2} \circ s_{D_1}

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 23:13

Bon ecoute Ramanujan entre ta derniere reponse et ta question il y a 10 minutes qui se sont écoulées. Tu enlèves le temps qui sest passé pendant que tu redigeais la question tu as du passer au bas mot 2 minutes à reflechir

A QUOI CA SERT CE QUE TU FAIS?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 23:17

J'ai jamais eu de cours de géométrie là dessus, je ne vois pas par où commencer à réfléchir, c'est du chinois.

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 23:37

Tu sais pas ce qu'est une symétrie orthogonale ?

Deux droites secantes?

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 23:43

Oui mais on sait rien sur les droites c'est trop théorique.

Il faut déterminer les coordonnées de leur point d'intersection ?

Une symétrie orthogonale je connais mais je sais pas exprimer s_{D_1}(z) par exemple.

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 06-04-19 à 23:55

Si M appartient à D que vaut s(M) où s est la symétrie orthogonale par rapport à D....

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 00:11

Ah merci en effet c'était pas difficile ! Un point qui appartient à une droite est invariant par la symétrie orthogonale par rapport à cette droite.

\Omega \in D_1 \cap D_2

Ainsi : s_{D_1} (\Omega) = \Omega

Donc f(\Omega) = s_{D_2} (\Omega) = \Omega

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 01:08

J'ai fait une erreur pour l'inverse de la rotation. C'est :

f_r^{-1} = \dfrac{z-b}{a}

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 01:42

Je bloque sur la suivante.

Soit M un point de P distinct de \Omega. Soient M'=s_{D_1}(M) et M''=s_{D_2}(M')
Montrer que les angles (\vec{\Omega M},\vec{u_1}}) et (\vec{u_1},\vec{\Omega M'}}) sont égaux.

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 02:22

J'ai une idée. D'après la relation de Chasles et avoir fait un dessin on a :

\vec{\Omega M'}= \vec{\Omega M} + \vec{M M'}

D'où :  (\vec{u_1},\vec{\Omega M'}})=(\vec{u_1},\vec{\Omega M} + \vec{M M'})

Soit : (\vec{u_1},\vec{\Omega M'}) =(\vec{u_1},\vec{\Omega M}) +(\vec{u_1} , \vec{M M'})  

Or : (\vec{u_1} , \vec{M M'})= \dfrac{\pi}{2}

Donc : (\vec{u_1},\vec{\Omega M'})  = \dfrac{\pi}{2} + (\vec{u_1},\vec{\Omega M})  

Bizarre je trouve pas le résultat voulu

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 07:59

Triangle isocèle etc.

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 09:43

J'ai fait un dessin mais j'utilise pas le fait que le triangle est isocèle.

D'après la relation de Chasles :
(\vec{u_1},\vec{\Omega M'}})=(\vec{u_1},\vec{\Omega M})+(\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'})

Par ailleurs :

 \\ (\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'})=(\vec{\Omega H}+\vec{H M},\vec{\Omega H}+\vec{H M'})=(\vec{\Omega H},\vec{\Omega H})+(\vec{\Omega H},\vec{H M'}) +(\vec{H M},\vec{\Omega H}) + (\vec{H M},\vec{H M'})

D'où :

(\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'}) = 0 - \dfrac{\pi}{2} + \dfrac{\pi}{2} + \pi

Soit : (\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'}) = \pi

Ainsi :

(\vec{u_1},\vec{\Omega M'}})=(\vec{u_1},\vec{\Omega M})+\pi  

Enfin : (\vec{u_1},\vec{\Omega M'}}) = (\vec{\Omega M}},\vec{u_1})

Rotations et translations du plan

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 09:49

Citation :
Soit : (\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'}) = \pi


Ah oué ...

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 10:00

C'est faux bien évidemment
Je vois pas comment faire en fait.

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 10:02

Je vois pas où est l'erreur dans mon raisonnement

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 10:05

Tu utilises chasles nimporte comment dans ta 2e ligne.


Tfacon tout raisonnement qui nutilisera que des propriétés sur les angles orientés sans prendre en compte quil y a des égalités de distances dues à la reflexion orthogonale sera fausse!

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 10:18

Ramanujan

tu te procures un bouquin de math "TS math" ou "TC" des années 90 et tu auras le cours détaillé sur le sujet (isométries du plan / traduction complexe) ... ça évitera ces

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 10:53

Si j'écris l'égalité des distances, en quoi ça va m'aider pour déterminer une relation entre des angles orientés

A moins d'utiliser les arguments de nombres complexes, mais on a pas de nombres complexes ici.

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 11:30

T R I A N G L E I S O C E L E

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 14:46

Le triangle \Omega MM' est isocèle en \Omega.

(\vec{\Omega M}},\vec{u_1})=(\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'})+(\vec{\Omega M'},\vec{u_1})

Mais je ne vois pas comment déterminer l'angle orienté (\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'})

Posté par
lionel52
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 15:09

Dans un triangle isocèle la médiatrice passant par la base est aussi blabla...

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 15:38

La médiatrice est confondue avec la bissectrice. Ainsi : (\vec{\Omega M},\vec{\Omega M'})=2 (\vec{\Omega M},\vec{\Omega H})

Donc :
(\vec{\Omega M}},\vec{u_1})=2 (\vec{\Omega M},\vec{\Omega H})+(\vec{\Omega M'},\vec{u_1})

Mais après je ne vois pas.

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 18:41

quel chantier, une fois de plus ! tu as lu la question ?

(\omega ; H) est bissectrice du triangle

donc

(\vec{\Omega M},\vec{\Omega H})=(\vec{\Omega H},\vec{\Omega M'}) + k\pi

et comme \vec{\Omega H} est colinéaire à \vec{u_1}

(\vec{\Omega M},\vec{u_1})=(\vec{u_1},\vec{\Omega M'}) + k\pi

Posté par
matheuxmatou
re : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 18:43

comme c'est la bissectrice intérieure c'est même "+2k"

Posté par Profil Ramanujanre : Rotations et translations du plan 07-04-19 à 18:43

Le triangle \Omega MM' est isocèle en \Omega donc :

(\vec{\Omega M},\vec{\Omega H})=(\vec{\Omega H},\vec{\Omega M'})

Or \vec{\Omega H} = k \vec{u_1} avec k \in \R

Donc : (\vec{\Omega M}, k \vec{u_1})=( k \vec{u_1},\vec{\Omega M'})

Si k >0 : (\vec{\Omega M}, k \vec{u_1}) = (\vec{\Omega M}, \vec{u_1})=(\vec{u_1},\vec{\Omega M'})

Si k <0 : (\vec{\Omega M}, k \vec{u_1}) =- (\vec{\Omega M}, \vec{u_1})=-(\vec{u_1},\vec{\Omega M'})

Si k=0 je sais pas quoi faire

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