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Un lieu géométrique, de Jules Verne ?

Bonjour.$~~~~$ Soit un cercle $\Gamma$ de rayon $R>0$ et de centre $\Omega$, et un cercle $C$ de rayon $r>0$ et de centre $O$, avec la distance $O \Omega>R+r$. Pour tout point $M$ sur le cercle $\Gamma$, soient $A$ et $B$ les points de contact des tangentes au cercle $C$ issues de $M$. La tangente au cercle $\Gamma$ en $M$ et la droite $AB$ se coupent en $P$. Lieu de $P$ lorsque $M$ décrit $\Gamma$ ?$~~~~$ C'est un copain-collègue qui m'a posé ce problème hier. J'ai cherché avec un repère, ce qu'on appelait autrefois la « géométrie analytique », et je trouve une quartique. Je ne maîtrise pas les moyens informatiques tels que Geogebra, alors je ne peux la tracer joliment.
$~~~~$ Par ailleurs, le copain en question m'a affirmé que ce problème viendrait d'un livre de Jules Verne, sans préciser.
Qu'en pensez-vous ?
$~~~~$ Bonne journée.
$~~~~$ Fr. Ch.
$~~~~$ 27/10/2021

Réponses

  • Bonjour,

    Un des vingt-mille sans doute. Ci-dessous une figure :128250
  • En parlant de Jules Vernes et les mathématiques j'ai trouvé ceci: https://le-castillon.etab.ac-caen.fr/IMG/pdf/Thales_et_Jules_Verne.pdf
    Malheureusement je ne sais pas de quel livre est tiré le problème de Chaurien.
  • Bonjour Chaurien,

    Voici une illustration :

    Amicalement128248
  • Bon, Ludwig a été plus rapide.
  • Merci Biely
    Le calcul tiré de l'Ile Mystérieuse de Jules Verne est une simple application de l'Axiome de Thalès et à ce titre il est encore compréhensible provisoirement par nos agrégatifs actuels.
    Le problème de Chaurien est projectif où on peut remplacer sans dommage les cercles par des coniques quelconques.
    Les calculs ne sont pas beaucoup plus compliqués!
    Mais évidemment plus aucun de nos étudiants n'est capable de le résoudre!
    Amicalement
    [small]p[/small]appus
  • Sur les oeuvres de Jules Verne, on trouve également ceci:
    terre désaxée

    On trouve en allant au sommaire d'autres remarques sur l'astronomie et l'oeuvre de J Verne.
    Cordialement
  • Il semblerait que ce problème soit tiré du roman "Paris au XXe siècle".
  • En effet, Biely a raison : https://debart.pagesperso-orange.fr/geoplan/lieux_geometriques_classique.html#ch11
    « Paris au XXème siècle », étonnant roman d'anticipation écrit en 1860 par Jules Verne (1828-1905), mais refusé par son éditeur Hetzel, qui le trouvait invraisemblable. On a cru longtemps que le manuscrit avait disparu. Retrouvé par hasard dans un coffre-fort, il a finalement été publié en 1994.
    Bonne soirée.
    Fr. Ch.
  • Dans le roman ce problème était une question posée à un concours de l'École Normale. Le lauréat, un certain François Némorin, dit Gigoujeu, gagna une bibliothèque de trois mille volumes.
  • Bonjour,

    Voilà un calcul de l'équation complexe de la courbe de Chaurien:
    % Chaurien - 27 Octobre 2021 - Un lieu géométrique, de Jules Verne ?
    
    syms m o oB r
    
    mB=1/m;
    
    % M(m) est un point variable du cercle unitaire (Gamma)
    % O(o) et r sont le centre et le rayion du cercle (C)
    
    [po qo ro]=Polaire(m,mB,o,oB,r^2); % Polaire de M par rapport à (C)
    
    % Point d'intersection de cette polaire et de la tangente 
    % en M au cercle unitaire
    
    [p pB]=IntersectionDeuxDroites(po,qo,ro,mB,m,-2);
    
    p=Factor(p) % qui donne le lieu cherché en paramétrique
    pB=Factor(pB);
    
    % On trouve:
    
    p=m*(oB*m^2 + 2*(r^2-o*oB-1)*m + 3*o)/(o-oB*m^2);
    
    % Calcul d'une équation complexe
    % On élimine m entre p et pB
    
    syms z zB
    
    pol=coeffs(numden(Factor(z-p)),m);
    polB=coeffs(numden(Factor(zB-pB)),m);
    
    F=4*o*oB*(r^2+2*r-o*oB+1)*(-r^2+2*r+o*oB-1); % Facteur de simplification
    Eq=Factor(Resultant(pol,polB)/F)
    
    Eq=collect(Eq,[z zB])
    
    % On trouve Eq=T4+T3+T2+T1+T0 avec:
    
    T4=oB^2*z^3*zB + 2*o*oB*z^2*zB^2 + o^2*z*zB^3;
    T3=4*(r^2-o*oB-1)*(oB*z^2*zB+o*z*zB^2);
    T2=3*oB^2*z^2 + 2*(2*o^2*oB^2+(5-4*r^2)*o*oB+2*(r^2-1)^2)*z*zB + 3*o^2*zB^2;
    T1=4*(r^2-o*oB-1)*(oB*z+o*zB);
    T0=4*o*oB;
    
    E=T4+T3+T2+T1+T0
    Nul=Factor(Eq-E) % Vérification
    
    Le dessin est fait à partir de l'équation et non de l'outil "lieu" de Géogébra, qui confirme.

    Cordialement,

    Rescassol128274
  • Je ne connaissais pas ce roman, j'en ai pris connaissance à cette occasion. Pour préciser l'indication de Ludwig, disons que Jules Verne y décrit une société d'où les études classiques ont presque disparu, où par exemple plus personne ne sait qui est Victor Hugo. Tout n'est plus que science et technologie. Le roman commence ainsi :Chapitre I
    Société Générale de Crédit instructionnel

    Le 13 août 1960, une partie de la population parisienne se portait aux nombreuses gares du chemin de fer métropolitain, et se dirigeait par les embranchements vers l'ancien emplacement du Champ de Mars.

    C'était le jour de la distribution des prix à la Société Générale de Crédit instructionnel, vaste établissement d'éducation publique. Son Excellence, le ministre des Embellissements de Paris, devait présider cette solennité.
    (...............................)
    La question de hautes mathématiques posée au grand concours était celle-ci : « On donne deux circonférences OO' : d'un point A pris sur O, on mène des tangentes à O' ; on joint les points de contact de ces tangentes : on mène la tangente en A à la circonférence O ; on demande le lieu du point d'intersection de cette tangente avec la corde des contacts dans la circonférence 0'. »

    Chacun comprenait l'importance d'un pareil théorème. On savait comment il avait été résolu d'après une méthode nouvelle par l'élève Gigoujeu (François Némorin) de Briançon (Hautes Alpes). Les bravos redoublèrent à l'appel de ce nom ; il fut prononcé soixante-quatorze fois pendant cette mémorable journée : on cassait les banquettes en l'honneur du lauréat, ce qui, même en 1960, n'était encore qu'une métaphore destinée à peindre les fureurs de l'enthousiasme.

    Gigoujeu (François Némorin) gagna dans cette circonstance une bibliothèque de trois mille volumes. La Société de Crédit instructionnel faisait bien les choses.

    Nous ne pouvons citer la nomenclature infinie des Sciences qui s'apprenaient dans cette caserne de l'instruction : un palmarès du temps eût fort surpris les arrière-grands-pères de ces jeunes savants.

    C'est un roman étrange, et on ne s'étonne pas qu'il ait choqué l'éditeur Hetzel. Au chapitre XII, un personnage déplore l'évolution de la gent féminine dans cette société technicienne : « l'ange de la géométrie, si prodigue autrefois de ses courbes les plus attrayantes, livra la femme à toute la rigueur de la ligne droite et des angles aigus ». À croire qu'il a eu une vision prémonitoire d'Alice Coffin (:D.

    Bonne soirée.
    Fr. Ch.
  • Je rappelle que c'est un copain qui m'a posé le problème sous la forme suivante, dans le cas où les deux cercles sont extérieurs.$~~~~$ Soit un cercle $\Gamma$ de rayon $R>0$ et de centre $\Omega$, et un cercle $C$ de rayon $r>0$ et de centre $O$, avec la distance $O \Omega>R+r$. Pour tout point $M$ sur le cercle $\Gamma$, soient $A$ et $B$ les points de contact des tangentes au cercle $C$ issues de $M$. La tangente au cercle $\Gamma$ en $M$ et la droite $AB$ se coupent en $P$. Lieu de $P$ lorsque $M$ décrit $\Gamma$ ?Voici comment j'ai procédé.
    $\bullet $ On munit le plan d'un repère d'axes orthonormés $(Ox,Oy)$. Soit le cercle $C$ de centre $O$ et de rayon $r$. Soit un point $M$ extérieur au cercle $C$, et soient $(u,v) $ les coordonnées de $M$ dans le repère $(Ox,Oy)$. Soient $A$ et $B$ les points de contact des tangentes au cercle $C$ issues de $M$. L'équation de la droite $AB$ est : $ux+vy-r^2=0$.
    $\bullet $ Soit $\Omega$ le point de coordonnées $(c,0)$, avec $c>R+r$, et soit le cercle $\Gamma$ de rayon $R>0$ et de centre $\Omega$. Le point $M$ courant sur le cercle $\Gamma$ a pour coordonnées $(c+R \cos \theta, R \sin \theta)$, $\theta \in \mathbb R$. Soient $A$ et $B$ les points de contact des tangentes au cercle $C$ issues de $M$. L'équation de la droite $AB$ est : $(c+R \cos \theta)x+R y\sin \theta-r^2=0$.
    $\bullet $ La tangente au cercle $\Gamma$ en $M$ est l'ensemble des points $P$ tels que : $\overrightarrow{MP}\cdot \overrightarrow{\Omega M}=0$, et l'équation de cette tangente est donc : $x \cos \theta+y \sin \theta -(R+c \cos \theta)=0$.
    $\bullet $ On résout le simple système $2 \times 2$ aux inconnues $x,y$ :
    $(c+R \cos \theta)x+R y\sin \theta=r^2$, $x \cos \theta+y \sin \theta =R+c \cos \theta$.
    On obtient ainsi une équation paramétrique du lieu cherché, et en éliminant le paramètre $\theta$, on obtient l'équation d 'une quartique.
    C'est sans grande originalité, mais ça aboutit.
    Bonne nuit.
    Fr. Ch.
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