TP de Maple : Courbes orthoptiques

Mathematics, Programming · lab

Voir tous les documents en physique

c(cid:13) Dikanaina Harrivel, protégé par la GNU Free Documentation License

source disponible sur http://www.velvia.org

TP de Maple : Courbes orthoptiques

Soit

une courbe plane de classe C1. On appelle ensemble orthoptique de

l’ensemble

O

sous un angle droit, c’est à dire, par lesquels passe deux

. Nous allons nous interesser au cas particulier où la

C

C

des points M de R2 où l’on voit

C

droites orthogonales et tangentes à

courbe

C

C

est une conique, car il est alors des particularités interessantes.

4. Créez alors une suite de graphique sur lesquels seront tracés l’ellipse f (x, y) = 0, le cercle

précédent ainsi que les rectangles pour t = 0, 2π

20 . Vous pouvez alors visualiser

la petite animation correspondant à votre liste en utilisant l’option insequence=true

de display.

20 , . . . 2.19π

1 L’ensemble orthoptique d’une ellipse

La réciproque peut être prouvée par technique analogue à celle que l’on va utiliser dans le

cas de l’hyperbole.

On se donne

(u, v, w) une droite d’équation cartésienne ux + vy = w avec (u, v)

= (0, 0).

On note

D

une hyperbole d’équation cartésienne f (x, y) = x2

a2

H

Publicité

2

y

b2 = 1 avec a > 0 et

−

On note

E

une ellipse d’équation cartésienne f (x, y) = x2

a2 + y2

b2 = 1 avec a > 0 et b > 0.

1.1 Condition pour qu’une droite donnée soit tangente à

1. Soit [x0, y0] un point du plan, donnez le système d’équation que doit vérifier u, v, w, x0

et y0 pour que la droite

(u, v, w) et l’ellipse

soient tangentes en [x0, y0].

2. Exprimer x0 et y0 en fonction de u, v et w, puis donnez w en fonction de u et v. Y a

t-il unicité de la solution ? qu’est-ce que cela signifie ?

3. Tracer sur un même graphique l’ellipse1 de parametre a = 2 et b = 5 et les tangentes

D

E

2 Hyperbole

E

b > 0.

2.1 Condition pour qu’une droite donnée soit tangente à

H

Reprenez ls questions du 1 de façon a trouver w, x0 et y0 en fonction des parametres u et

parallèles aux droites y = x et y =

x.

−

v.

Il n’existe pas de solution pour tout choix de (u, v), ceci est-il prévisible ?

1.2 Rectangles circonscrits à

E

E

étant symétrique par rapport à l’origine on peut remarquer que si deux droites ortho-

alors leurs symétriques par rapport à l’origine sont elles aussi

Publicité

gonales sont tangentes à

tangentes à

E

E

Les points de l’ensemble orthoptique à

.

E

à

, formant alors un rectangle circonscrit à

.

E

sont donc les sommets des rectangles circonscrits

E

1. Ecrire alors une fonction rectangle(a,b,t) renvoyant la liste [A, B, C, D, A] des som-

tel que la droite (AB) forme un angle t avec

mets du rectangle ABCD circonscrit à

l’axe des abscisses.

E

2. Ecrire alors une procédure affiche(a,b,t) affichant l’ellipse

le même graphique.

et le rectangle ABCD sur

E

3. Vérifier (par un calcul avec a, b et t formels) qu’un rectangle circonscrit à

dans le cercle de centre O et de rayon √a2 + b2.

est inscrit

E

1il faut utiliser implicitplot du package plots.

2.2 Condition pour que deux tangentes orthogonales se coupent en

un point donné

Soit M un point du plan de coordonnées [X, Y ].

(u, v, 0) et

1. Soient u et v fixés. A quelle condition les droites

0 paralleles respectivement a

? Montrer

D

Publicité

que ces conditions se réduisent à X 2 + Y 2 = a2

a un

orthoptique non vide si et seulement si a > b et que dans ce cas l’ensemble orthoptique

est un cercle de centre O et de rayon √a2

D

b2. On a donc prouvé que

v, u, 0) passant par M = [X, Y ] sont elles tangentes à

(

−

b2.

H

H

et

−

D

D

−

2. Ecrire une fonction affichhyp(a,b) affichant sur un même dessin l’hyperbole

ensemble orthoptique (s’il existe).

son

H

6

3 Parabole

4 Resultat :

Reprendre une des méthodes suivies dans le 1 et le 2 pour déterminer l’ensemble orthop-

tique d’une parabole

P

d’équation y2 = 2px avec p > 0.

On a donc ”prouvé” certaines des propositions suivantes :

– l’ensemble orthoptique d’une ellipse de demi-axes a et ab est le cercle concentrique à

l’ellipse de rayon √a2 + b2.

– l’ensemble orthoptique d’une hyperbole est non vide si et seulement si son exentricité

est strictement inférieure a √2 et alors c’est un cercle concentrique a l’hyperbole.

– l’ensemble orthoptique d’une parabole est sa directrice.