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Une intersection.

Posté par
lake
10-11-17 à 11:33

Bonjour,

La figure représente la section d'un cône de révolution de sommet S et d'une sphère de centre C  par le plan défini par l' axe du cône et le centre de la sphère.
La sphère est tangente à une génératrice du cône.

  On projette la courbe intersection cône/sphère sur un plan perpendiculaire à l'axe du cône.

  Quelle est la courbe obtenue?

  Une intersection.

Plusieurs approches sont possibles:

   - Le tout analytique.

   - La géométrie descriptive.

   - La géométrie dite synthétique.

J'avais trouvé la solution géométrique très belle. C'est pour elle que je partage cet exercice avec vous

Posté par
mathafou Moderateur
re : Une intersection. 10-11-17 à 13:20

Bonjour,

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Posté par
lake
re : Une intersection. 10-11-17 à 17:04

>>mathafou

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Posté par
veleda
re : Une intersection. 11-11-17 à 16:41

bonjour
>>Lake

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merci pour ce problème intéressant

Posté par
mathafou Moderateur
re : Une intersection. 11-11-17 à 16:49

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Posté par
veleda
re : Une intersection. 11-11-17 à 20:40

merci mathafou,

Posté par
lake
re : Une intersection. 11-11-17 à 21:02

Bonjour veleda, bonjour mathafou,

Oui, des inversions: votre "instinct" ne vous trompe pas.
Une solution avec un petit bémol dont je viens de me rendre compte à l'instant:

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Posté par
veleda
re : Une intersection. 11-11-17 à 23:29

bonsoir lake
merci pour la solution que je la  lirai demain,
comme je n'avais pas terminé la démonstration géométrique j'ai calculé,c'est assez simple mais pas très joli
je posterai  l'équation trouvée demain car ce soir la touche   blank ne marche plus

Posté par
veleda
re : Une intersection. 11-11-17 à 23:39

merci pour la solution,je la lirai demain

Posté par
veleda
re : Une intersection. 12-11-17 à 12:42

bonjour

voilà  l'équation trouvée

4b^2sin^2(\alpha)(x^2+y^2)=(x^2+y^2-2bsin(\alpha) y)^2

Posté par
lake
re : Une intersection. 12-11-17 à 14:01

Bonjour veleda,

Oui avec une petite erreur de frappe; un y à la place d'un x:

4b^2\,\sin^2\alpha\,(x^2+y^2)=(x^2+y^2-2b\,\sin\,\alpha\,{\red x})^2

Qui est bien l'équation d'une cardioïde.

A quoi correspond ton b ? J'imagine qu'il dépend du rayon de la sphère...

Posté par
veleda
re : Une intersection. 12-11-17 à 18:50

oui  b=rcos(\alpha) si je ne me suis pas trompée

Posté par
lake
re : Une intersection. 12-11-17 à 23:18

Finalement, je pense qu'il n'y avait pas d'erreur (échange x et y); tout dépend de ton repère de départ: échanger x et y revient à une rotation d'un quart de tour autour de l'origine.

Néanmoins, je tombe, avec tes notations sur l'équation suivante:

  (x^2+y^2-2b\,\sin^2\alpha\, y)^2=4b^2\,\sin^4\alpha \,(x^2+y^2) avec b=r\,\cos\,\alpha

   des puissances de sinus qui différent.

  J' ai pu me tromper bien sûr mais ça colle avec Geogebra

Posté par
LittleFox
re : Une intersection. 13-11-17 à 11:13

Moi j'étais partit sur des coordonnées cartésiennes, ça se passe bien et ça ressemble à une cardioïde mais de là à le prouver... ^^

Soit un cône d'équation x^2+y^2 = a^2z^2 et la sphère d'équation (x-b)^2+y^2+(z+ab)^2 = b^2(1+a^2).
La sphère est bien tangente au cône.

Leur intersection est donnée par les équations : x = \frac{(1+a)^2z^2-2abz}{2b}, y^2 = a^2z^2-x^2 = \frac{(1+a^2)z^2(4abz-(1+a^2)z^2)}{4b^2}

En faisant varier z on obtient une cardioïde mais c'est pas évident à partir des équations

Posté par
lake
re : Une intersection. 13-11-17 à 12:48

Bonjour Littlefox,

  

Citation :
la sphère d'équation (x-b)^2+y^2+(z+ab)^2 = b^2(1+a^2).


Oui, tu développes pour obtenir:

  x^2+y^2+z^2-2bx=-2abz

Avec l' équation du cône, tu élimines z en remplaçant par \dfrac{\sqrt{x^2+y^2}}{a}

Puis élévation au carré pour obtenir:

   \left(x^2+y^2-\dfrac{2a^2b}{1+a^2}x\right)^2-\dfrac{4a^4b^2}{(1+a^2)^2}(x^2+y^2)=0

  qui est une équation de la projection de la courbe intersection sur xSy et bien une cardioïde comme attendu.

  Avec tes a et b pour paramétriser le cône et la sphère tangente, tu te compliques un peu la vie; il vaut mieux prendre le demi -angle au sommet du cône \alpha et r le rayon de la sphère.

   On a  \begin{cases}a=-\tan\,\alpha\\b=r\,\cos\,\alpha\end{cases}

Posté par
LittleFox
re : Une intersection. 13-11-17 à 14:44


Merci

Posté par
veleda
re : Une intersection. 14-11-17 à 15:47

bonjour,
>>lake
c'est certainement moi qui ai fait une erreur,je n'aime guère les calculs
as-tu trouvé  une démonstration pour la propriété  que tu utilises  relative   à  la projection d'une parabole?

Posté par
lake
re : Une intersection. 14-11-17 à 18:36

>> veleda

A vrai dire, je n'ai pas encore cherché; mais je vais essayer ....



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