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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Trouver une homographie

Posté par
Mathoumathieu
05-03-23 à 17:37

Bonjour,
j'ai un exercice sur la géométrie projective et j'aurais besoin d'indications/d'aides.

Voici l'énoncé :

Donner un exemple d'une homographie de la droite projective complexe P^1 qui envoie le cercle unité sur la droite réelle.

Voici ce que je sais  :

- Une homographie est une application bijective, c'est une transformation de la droite projective P^1 par des transformations linéaire du plan et on peut l'écrire comme : z   \frac{az+b}{cz+d} , a, b, c et d , et ad-bc 0.

- Je sais également que l'image d'une droite ou d'un cercle par une homographie est soit une droite, soit un cercle.


Je pars du cercle unité :

z\bar{z} = 1, et je prends l'homographie : z   \frac{az+b}{cz+d}.

J'ai donc :

\left(\frac{az+b}{cz+d} \right)\left(\frac{\bar{az}+\bar{b} }{\bar{cz}+\bar{d}}\right) = 1

En développant je trouve :

(a\bar{a} - c\bar{c})z\bar{z} + (a\bar{b} - c\bar{d})z + (\bar{a}b + \bar{c}d)\bar{z} + b\bar{b} - d\bar{d} = 0

Et on a une droite si a\bar{a} - c\bar{c} = 0, et on a une droite réelle si a, b, c et d .

Mais il est demandé de trouvé un exemple, mais je n'arrive pas à en sortir un, c'est sur ce point là que j'aurais besoin d'indications...

Merci d'avance.

Posté par
Rintaro
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 17:52

Bonsoir,

ta définition d'homographie est plus qu'approximative, est-ce réellement celle que tu as dans ton cours ?...

Sinon, tu cherches une homographie qui envoie le cercle unité sur la droite réelle mais tu écris

Mathoumathieu @ 05-03-2023 à 17:37


Je pars du cercle unité :

z\bar{z} = 1, et je prends l'homographie : z   \frac{az+b}{cz+d}.

J'ai donc :

\left(\frac{az+b}{cz+d} \right)\left(\frac{\bar{az}+\bar{b} }{\bar{cz}+\bar{d}}\right) = 1


ce n'est pas ce qu'on veut... Pense au conjugué.

Posté par
Rintaro
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 17:54

Pour être plus clair : il n'y a pas de corrélation avec la question et ton "j'ai donc", c'est ça que je voulais souligner. Avec ce que tu as écrit, tu cherches plutôt une homographie qui laisse invariant le cercle unité, aucune chance de l'envoyer sur la droite réelle.

Posté par
GBZM
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 18:23

Bonjour,

Pour prendre les choses par le bon bout, il est bon de se rappeler qu'une homographie de la droite projective est entièrement déterminée par l'image de trois points distincts.
Tu prends trois points sur le cercle unité (aussi jolis que possible), trois points sur l'axe réel (aussi jolis que possible) et tu envoies les premiers sur les seconds.

Posté par
Mathoumathieu
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 18:45

Merci pour vos réponses.

La définition de l'homographie que j'ai dans mon cours est la suivante : Une homographie est une transformation de la droite projective P^{1} induite par une transformation linéaire du plan. En coordonnées affines, une homographie s'écrit comme X \frac{ax+b}{cx+d}.

Si vous en avez une meilleure je suis preneur.

Rintaro @ 05-03-2023 à 17:52

Pense au conjugué.


Je ne vois pas ce que vous voulez dire...

Rintaro @ 05-03-2023 à 17:54

tu cherches plutôt une homographie qui laisse invariant le cercle unité, aucune chance de l'envoyer sur la droite réelle.


Je ne sais pas comment faire varier le cercle unité avec une homographie.

Je suis désolé, mais je suis pas à l'aise sur ce chapitre, étant donné qu'on a pas encore fait d'exercice dessus...

GBZM @ 05-03-2023 à 18:23

Bonjour,

Pour prendre les choses par le bon bout, il est bon de se rappeler qu'une homographie de la droite projective est entièrement déterminée par l'image de trois points distincts.


Le birapport peut-il être utile dans ce cas là ? (dans mon cours il est question de quatre points pour le birapport).

GBZM @ 05-03-2023 à 18:23


Tu prends trois points sur le cercle unité (aussi jolis que possible), trois points sur l'axe réel (aussi jolis que possible) et tu envoies les premiers sur les seconds.
.

Sur le cercle unité je peux prendre (1,0), (-1,0) et (0,1) et sur l'axe réel je prends les points x = 1, x = -1 et x = 0, mais après je sais pas comment envoyer les premiers points vers les seconds à l'aide de l'homographie...

Posté par
GBZM
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 19:10

Non, ça ne va pas : tu dois travailler avec l'affixe complexe  : pas (1,0) mais 1, pas (-1,0) mais -1, pas (0,1) mais i !
Et sur l'axe réel, le plus commode c'est de prendre 0, \ \infty,\  1, crois-en mon expérience.
Reste plus qu'à trouver les a,b,c,d de z\mapsto \dfrac{az+b}{cz+d} pour que 1\mapsto 0, -1\mapsto \infty,  i\mapsto 1.

Posté par
Mathoumathieu
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 20:09

Merci pour votre réponse.

Si je veux que 1 0 il me faut : a + b = 0 donc a = -b ;
Si je veux que -1 il me faut -c + d = 0 donc c = d ;
Si je veux que i 1 il me faut : ai + b = ci + d, or c = d et a = -b donc on a : -bi + b = di + d b(1-i) = d(1+i) b= di.

Donc finalement je trouve une solution qui dépend de d, je trouve le vecteur (-di, di, d, d) = d(-i, i, 1, 1).

Je sais pas si c'est ce qu'il fallait faire...

Posté par
GBZM
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 22:50

Les a,b,c,d d'une homographie ne sont définis qu'à un facteur près.
Et tu peux vérifier si ce que tu trouves est correct :
Est-ce que les 3 points sur le cercle unité s'envoient bien sur les trois points sur l'axe réel ? Est-ce que le cercle unité s'envoie sur l'axe réel ?

Posté par
Mathoumathieu
re : Trouver une homographie 05-03-23 à 23:20

Ok, si j'ai bien compris : en prenant a = -i,  b = i, c = 1 et d = 1, oui les trois points sur le cercle unité s'envoient sur les trois points sur l'axe réel, donc conclusion : oui le cercle unité s'envoie sur l'axe réel.

La réponse finale est donc un exemple d'une homographie de la droite projective complexe P^{1} qui envoie le cercle unité sur la droite réelle, est l'homographie associé (je sais pas si c'est le terme adéquat) à a = -i, b = i, c = 1 et d = 1.

J'ai une question : vous m'avez conseillé de toujours prendre 0, 1 et sur l'axe réel, mais peut-on choisir d'envoyer n'importe lequel des 3 points sur le cercle unité vers n'importe lequel des 3 points sur l'axe réel ? C'est-à-dire si j'avais décidé d'envoyé 1 , -1 1 et i 0 par exemple, est-ce que ca serait toujours juste ?

Posté par
GBZM
re : Trouver une homographie 06-03-23 à 09:15

C'est plus sympa d'écrire l'homographie sous la forme  
\large z\mapsto-i \dfrac{z-1}{z+1}
On voit bien comme ça que 1 s'envoie sur 0, -1 sur \infty et le -i est la pour envoyer i sur 1.

As-tu bien vu dans ton cpours qu'une homographie de la droite projective est entièrement déterminée par les images de trois points ? C'est quelque chose de fondamental, qui intervient d'ailleurs dans le fonctionnement du birapport.

Revenons à ton exercice. On a effectivement toute latitude pour choisir les images sur l'axe réel des trois points fixés sur le cercle unité. On a trois degrés de liberté, l'ensemble des homographies qui envoie le cercle unité sur l'axe réel est une variété de dimension (réelle) 3. Fixer les images sélectionne un unique élément de ce grand ensemble, c'est plus commode pour donner UN exemple.

Posté par
Mathoumathieu
re : Trouver une homographie 06-03-23 à 20:35

GBZM @ 06-03-2023 à 09:15

C'est plus sympa d'écrire l'homographie sous la forme  
\large z\mapsto-i \dfrac{z-1}{z+1}
On voit bien comme ça que 1 s'envoie sur 0, -1 sur \infty et le -i est la pour envoyer i sur 1.


C'est vrai je n'y avais pas pensé.

GBZM @ 06-03-2023 à 09:15


As-tu bien vu dans ton cpours qu'une homographie de la droite projective est entièrement déterminée par les images de trois points ? C'est quelque chose de fondamental, qui intervient d'ailleurs dans le fonctionnement du birapport.


Oui en effet, en relisant mon cours je retrouve cette proposition qui dit que l'image de trois points détermine l'homographie, elle était un peu plus loin de la définition de l'homographie dans mon cours.

GBZM @ 06-03-2023 à 09:15



Revenons à ton exercice. On a effectivement toute latitude pour choisir les images sur l'axe réel des trois points fixés sur le cercle unité. On a trois degrés de liberté, l'ensemble des homographies qui envoie le cercle unité sur l'axe réel est une variété de dimension (réelle) 3. Fixer les images sélectionne un unique élément de ce grand ensemble, c'est plus commode pour donner UN exemple.


C'est très clair ! Merci d'avoir pris le temps de m'aider et de répondre à mes questions !

Posté par
GBZM
re : Trouver une homographie 06-03-23 à 21:03

Avec plaisir.



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