Détermination d'angle d'un segment par rapport à un cercle
Je suis bricoleur, ingénieur de formation, mais les maths c'est loin ! Cela fait 2 semaines que je noircis des feuilles à essayer de résoudre mon probleme, en vain. Peut-etre auriez vous une idée ?
- la meule est représentée par un cercle de rayon R connu, de centre O
- le gabarit est représenté par un segment [AB] de longueur h connue, venant toucher le cercle en A et formant un angle α par rapport à la perpendiculaire
- la tige de réglage est représentée par un segment [BC] de longueur L connue, venant toucher le cercle en C
- on cherche comment régler l'écartement k = longueur du segment [AC] pour obtenir l’angle d’affûtage α souhaité, autrement dit on cherche la fonction f telle que k=f(α)
- on nomme θ l’angle (OA,OC) et β l’angle (AO,AC)
Schéma :
Formules utiles :
a) β=(π-θ)/2=π/2-θ/2
b) cos β = k/2R = sin θ/2
c) K/sin(BA,BC)=L/sin(α+π-β)=H/sin(CA,CB)
d) L²=H²+K²-2HKcos(α+π-β)
e) H²=L²+K²-2KLcos(CA,CB)
f) K²=H²+L²-2HLcos(BA,BC)
De c) on tire
K/sin(BA,BC) = H/sin(CA,CB) = L/sin(α+π-β) = L/sin(α+π- π/2+θ/2) = L/sin(α+π/2+θ/2) = L/cos(α+θ/2)
De d) on tire
L²=H²+K²-2HKcos(α+π-β)
=H²+K²-2HKcos(α+π- π/2+θ/2)
= H²+K²-2HKcos(π/2+α+θ/2)
= H²+K²+2HKsin(α+θ/2)
Merci d'avance pour votre aide !
Réponses
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Mon cher FrantranTu t'es perdu dans les marécages de la géométrie du triangle, une minusculissime partie de la géométrie qui n'a plus aucun intérêt aujourd'hui sauf pour ses aficionados!Tu aurais dû utiliser la géométrie analytique, inventée par Descartes en 1637 et dont on peut dire qu'il s'est donné beaucoup de mal pour pas grand chose du moins chez nous.Je vois ton problème comme une intersection de deux cercles:1° Le cercle de centre $O$ passant par $A$.2° Le cercle de centre $B$ et de rayon $L$.J'ai choisi un système d'axes rectangulaires d'origine $A$ dans lequel $O$ a pour coordonnées $(R,0)$ et le point $B$ pour coordonnées $(-h\cos \alpha,-h\sin \alpha)$Le premier cercle a pour équation:$$ (x-R)^2+y^2=R^2$$c'est-à-dire:$$(1)\qquad x^2+y^2-2Rx=0$$Le second a pour équation:$$(x+h\cos\alpha)^2+(y+h\sin\alpha)^2=L^2$$c'est-à-dire:$$(2) \qquad x^2+y^2+2hx\cos\alpha+2hy\sin\alpha+h^2-L^2=0$$Tu dois donc résoudre le système formé par les équations $(1)$ et $(2)$Ce n'est pas très dur mais je te souhaite quand même bon courage!Amicalementpappus
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Représentation GeoGebra https://www.geogebra.org/m/rpegya7a
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Bonjour et un grand merciLe désavantage d'avoir une telle réponse c'est qu'on se sent bête :-)Je m'y attaque ce soir !PS : en jouant avec les valeurs dans la modélisation géogebra je m'apercois également que l'amplitude de k n'est pas suffisante pour avoir une bonne précision en pratique avec les variations de alpha .. ce qui disqualifie mon dispositif
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Bonjour FrantranIl n'y a aucun désavantage à apprendre!Sais-tu qu'il y a des logiciels de calcul formel qui se chargent très bien de ce genre de calcul?Je te conseille de faire la soustraction:$$(1)-(2) =(3)$$L'équation $(3)$ est l'équation de la droite $CC'$ appelée axe radical des deux cercles.Tu n'as plus qu'à chercher l'intersection de la droite $(3)$ avec le cercle $(1)$Pour ce faire, tu calcules $x$ en fonction de $y$ dans l'équation $(3)$ et tu reportes cette valeur dans l'équation $(1)$.Tu tombes sur une équation du second degré en $y$ que tu résous.Le point $C$ correspond à la racine positive de cette équation et le point $C'$ à sa racine négativeAmicalementpappus
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Bon .. allons y (1) - (2) donne ceci :
– 2Rx -2hxcosα – 2hysinα – h² + L² = 0
2x(R+ hcosα) + 2hysinα + h² - L² = 0
x = (L² – h² - 2h y sinα ) / 2 (R + h cosα)
(équation de la droite CC’ donc)De la on réinjecte x dans (1) .. aarg :
(L² – h² - 2h y sinα )²/ 4 (R + h cosα)² + y² – 2R [ (L² – h² - 2h y sinα ) / 2 (R + h cosα) ] = 0oula .. la suite demain :-) -
Mon cher FrantranBen oui, c'est pas drôle!Mais ce n'est qu'un polynôme du second degré en $y$, donc seulement trois coefficients à calculer et les logiciels peuvent s'en charger!AmicalementpappusPSUne autre façon de faire est la suivante.En fait, tu n'as pas besoin de $x$ et $y$, tu veux seulement calculer $AC^2=k^2=x^2+y^2$Au moyen des équations $(1)$ et $(3)$, tu calcules $x$ et $y$ en fonction de $k$ et tu reportes ces valeurs dans l'équation $x^2+y^2=k^2$ et tu devrais tomber sur une équation bicarrée en $k$.
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Bonjour
Merci pour vos réponses. Par rapport à la remarque sur les logiciels, j’avoue que j’ignorais qu’ils pouvaient abattre les calculs littéraux. Cela dit, je suis peut être vieille école mais je pensais préférable et possible de dénouer ce satané système d’équations « à la main », non ? Je n’ai pas abandonné depuis que vous avez répondu, mais à mon grand dam, je dois bien constater que j’avance sans aboutir. Et ce malgré quelques heures passées sur les deux propositions de solution, Juste passé la cinquantaine et déjà rouillé ma parole ! M’y prends-je mal ?
NB - Il y a au moins un avantage à essayer, c’est d’apprendre l’éditeur de formules de LibreOffice pour avoir des jolies présentations comme vous. Par contre je n'arrive pas à les inclure dans ma réponse, comment faites vous ? J'ai cherché sans succès sur le forum une astuce pour inclure les formules
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Mon cher Frantran
Tu peux te servir de $\LaTeX$ pour écrire directement tes formules.
Utilise l'option citer pour voir comment les habitués du forum s'en servent!
Ce n'est pas très difficile!
Amicalement
pappus -
Bonjour,
D'autre part, il me semble que LibreOffice sait exporter en pdf qui est accepté ici.
Cordialement,
Rescassol
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Merci. Donc voilà.
Première approche
De (1) – (2) on tire $– 2Rx -2hx\cos(α) – 2hy\sin(α) – h^2 + L^2 = 0$
D’où $x = \dfrac{L^2– h^2 - 2h y \sin(α) } {2 (R + h \cos(α))}$
On remplace $x$ dans (1) : $\dfrac{(L^2 – h^2 - 2h y \sin(α) )^2} {4 (R + h \cos(α))^2} + y^2 – 2R \dfrac{ L^2 – h^2 - 2h y \sin(α) } {2(R + h \cos(α))} = 0$
En multipliant par le premier dénominateur ${(L^2 – h^2 - 2h y \sin(α) )^2} + 4y^2(R + h \cos(α))^2 – 4R(L^2 – h^2 - 2h y \sin(α))(R + h \cos(α)) = 0$
On développe
$L^4–L^2h^2-2L^2hy \sin(α)-L^2h^2+h^4+2h^3y \sin(α)-2L^2hy \sin(α)+2h^3y \sin(α)+4h^2y^2 \sin^2(α)+4y^2R^2+8y^2Rh \cos(α)+4y^2h^2\cos^2(α)–4R^2L^2+4R^2h^2+8R^2h y \sin(α)–4RL^2h \cos(α)+4Rh^3\cos(α)+4Rh^2y\sin(α)\cos(α)= 0$
On factorise le polynôme en $y$
$y^2 4(h^2\sin^2(α)+R^2+2Rh \cos(α)+h^2\cos^2(α))+y(-2L^2h \sin(α)+2h^3 \sin(α)-2L^2h \sin(α)+2h^3 \sin(α)+8R^2h\sin(α)+4Rh^2\sin(α)\cos(α))+(L^4–L^2h^2-L^2h^2-4R^2L^2+4R^2h^2-4RL^2h\cos(α)+4Rh^3\cos(α))=0$
On réduit les facteurs
$y^2.4(h^2\sin^2(α)+R^2+2Rh \cos(α)+h^2\cos^2(α))-y.4\sin(α)(L^2h-h^3-2R^2h+TRh^2\cos(α))+(L^4–2L^2h^2-4R^2L^2+4R^2h^2-4RL^2h\cos(α)+4Rh^3\cos(α)+4Rh^2\cos(α))=0$
On calcule le discriminant
$ \Delta = (4\sin(α)(L^2h-h^3-2R^2h))^2-16(h^2\sin^2(α)+R^2+2Rh \cos(α)+h^2\cos^2(α)).(L^4–2L^2h^2-4R^2L^2+4R^2h^2-4RL^2h\cos(α)+4Rh^3\cos(α)+4Rh^2\cos(α))$
On développe [à suivre...]
Seconde approche
De (1) on tire
$k^2-2Rx=0$
Soit
$x=k^2/2R$
Que l’on réinjecte dans (2)
$k^4/4R^2 + y^2 + 2h(k^2/2R)\cos(α) + 2hy\sin(α) + h^2 - L^2 = 0$
$y^2 + y.2h\sin(α) + (h^2 - L^2 + k^4/4R^2 + 2h(k^2/2R)\cos(α)) = 0$
Discriminant
$\Delta=4h^2\sin^2(α)-4.(h^2 - L^2+ k^4/4R^2 + 2h(k^2/2R)\cos(α))$
$\Delta=4h^2\sin^2(α)-4h^2 +4L^2- k^4/R^2 - 4hk^2/R\cos(α)$
Racines
$y_{1,2}=-h\sin(α)\pm\sqrt(4h^2\sin^2(α)-4h^2 +4L^2- k^4/R^2 - 4hk^2/R\cos(α))/2$
[…]
La complexité des expressions que j'obtiens et l'apparente absence de simplification possible des facteurs me semble douteuse .. suis-je sur la bonne voie ?
-
Bonjour Frantran
Bravo pour ton courage et ta ténacité.
Tu ne peux rien contre la complexité des expressions que tu manipules, même dans un problème d'apparence aussi élémentaire que le tien!
Il faut vivre avec son siècle et utiliser ces logiciels de calcul formel absolument indispensables aujourd'hui!
Amicalement
pappus
Bonjour!
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