B OBILLIER
Géométrie des courbes. Mémoire sur l’hyperbole équilatère
Annales de Mathématiques pures et appliquées, tome 19 (1828-1829), p. 349-359
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349
GÉOMÉTRIE DES COURBES.
Mémoire
surl’hyperbole équilatère (*);
Par M. BOBILLIER , professeur à l’Ecole des
arts etmétiers de Châlons-sur-Marne.
GEOMETRIE.
UN
sait que deux diamètresconjugués quelconques
d’unehyper-
bole
équilatère
font avec son axe transverse deuxangles aigus
com-plément
l’un del’autre,
et queconséquemment
les deux asymp-totes divisent en deux
parties égales
lesquatre angles
formés parces deux
diamètres ;
d’où il suit encore quel’angle
de deuxquel-
conques des diamètres d’une telle
hyperbole
est le même que ce- lui de leursconjugués.
Donc
aussi, l’angle
de deuxdroites,
tracées arbitrairement sur leplan
d’unehyperbole équilatère,
est le même que celui des deux diamètres de la courbequi
en contiennent lespôles respectifs. Ainsi
tout ce
qui
a été démontré pour le cas d’une directrice circulairepeut
se direégalement
du cas où cette directrice est unehyper-
bole
équilatère (**);
on pourradire,
enparticulier
que la po- laire d’zrncercle ,
parrapport
à unehyperbole équilatère,
est uneconique qui
apour foyer
le centre de cette courbe et pour direc- trice lapolaire
du cenire ducercle;
si donc ce cercle est concen-(*)
Voy.,
sur le même sujet, la pag. 205 du XI.me volume da présent recueil.(**)
Voy.
Annales, tom. XVIII, pag. t85.J. D. G.
Tom. XIX,
n.o I2, 1 . erjuin I829. 46
350
trique
avecl’hyperbole,
sapolaire réciproque
sera un autre cerclequi
lui seraconcentrique;
etsi,
en outre, il apour
diamètres lesaxes de
l’hyperbole,
il sera lui-même sapolaire réciproque.
Il estvisible,
en outre , que ,réciproquement,
lapolaire réciproque
del’hyperbole
, parrapport à
cecercle ,
sera unehyperbole qui
aurale même centre, les mêmes sommets et les mêmes
.asymptotes ,
etqui ,
parsuite,
se confondra avec elle.On
peut prouver, plus généralement,
quesi,
sur les mêmes da-mètres
conjugués,
on décrit uneellipse
et unehyperbole ,
chacune deces deux courbes sera à elle-même sa
polaire réciproque,
parrapport
à l’autre courbe
prise
pour directrice. Eneffet ,
leséquations
deces deux courbes seront
comprises dans
laformule
l’équation
de latangente à
l’uned’elles,
en unpoint ( x’, y’),
seraet
l’équation
de lapolaire,
relative àl’autre,
d’unpoint quelcon-
que
(x",y") sera
or , si l’on veut que cette
polaire
coïncide avec latangente,
ilfaudra
prendre x"=x’, y"=-x’,
d’oax"2=x’2, y"2=y’2.
Ainsiléqnation
de lapolaire réciproque
serac’est-à-dire,
la même que celle de la courbeproposée.
Il résulte évidemment de là que, si deux
paraboles
de mêmeparamètre,
et tournées en sensinverse,
se touchent de telle sorteque leurs axes soient
parallèles,
chacune d’elle sera à elle-mêmesa
polaire réciproque,
parrapport à l’autre,
considérée comme di- rectrice.En
rapportant
lespropriétés angulaire3
d’unehyperbole équila-
tère à cette courbe
elle-même,
considérée comme sa proprepolaire réciproque,
onparvient
à ungrand
nombre dethéorèmes, parmi lesquels
nous nous bornerons àsignaler
les suivans:La droite
qui
divisel’angle
des rayons vecteurs d’un mêmepoint
d’une
hyperbole équilatère
en deuxparties égales,
lui est tan-gente
en cepoint.
Le diamètre
qui
va aupoint
de contact d’unetangente à
unehyperbole équilatère divise,
en deuxparties ègales,
deux des qua-tre
angles formés
par les deux diamètresqui
vont auxpoints
d’intersection- de cette même
tangente
avec lespolaires
des deuxfoyers.
Les deux côtés d’un
angle
circonscrit à unehyperbole équila- tére, font respectivement
desangles égaux
avec les droitesqui joignent
le sommet de cetangle
aux deuxfoyers.
Les diamètres
qui
vont aux deux extrémités d’une corde d’unehyperbole équilatère, font respectivement des angles égaux avec ceux qui
vont aux intersections de cette même corde avec lespolaires
des deux
foyers.
La
demi-différence
desangles,
souslesquels
une même corde d’unehyperbole équilatère
est vue de ses deuxfoyers,
estsupplément
del’angle
circonscrit suivant cette même corde.Le
supplément
desous lequel
une corde d’unehyperbole équilatère
est vue de son centre, estégal
à lademi-différence
desangles
souslesquels
on voit du mêmepoint
lesportions
des po- laires desdeux foyers interceptées
parl’an6le
circonscrit suivantcette corde.
La
portion
d’unetangente quelconque
à unehyperbole équila-
tère, interceptée
entre lestangentes
à ses deux sommets, est vue sousun
angle
droit de l’un et de l’autrefoyers.
La
portion
de l’une ou de l’autrepolaire
desfoyers
d’unehy-
perbole équilatère interceptée
entre deux cordessupplémentaires,
352
THEOREMES
relatives à l’axe transverse de la
courbe , est
vue de son centresous un
angle
droit.Si un
angle
droit se meut sur leplan
d’unehyperbole équila-
tère ,
de manière que l’un de ses côtés soit constammenttangent
à la courbe et que l’autre passe constamment par un de sesfoyers,
son sommet décrira un cercle
qui
aura pour diamètre l’axe trans-verse de la courbe.
La droite
qui joint
un desfoyers
d’unehyperbole équilatère
aupôle
d"une cordegui
passe par cefoyer,
estperpendiculaire
surcette même corde.
L’angle
souslequel
onvoit,
dit centre d’unehyperbole équilatère,
la
portion
de lapolaire
de l’un de sesfoyers, comprise
entre l’unquclconque
despoints
de la direction de cellepolaire,
et lapolaire
de ce
point
est unangle
droit.Si,
de l’un desfoyers
d’unehyperbole équilatère,
on mène desdroites,
I.° au sommet d unangle
circonscrit et aupoint
d’inter-section de sa corde de rontact avec la
polaire
de cefoyer;
2.° auxdeux extrémités de la corde de contact ; les deux
premières
droi-tes seront
rectangulaires
et diviseront en deuxparties égales
lesquatre angles formés
par les deux dernières.Si,
du centre d’unehyperbole équilatère,
on mène des diamètresaux
quatre points
d’intersection de lapolaire
de l’un deses foyers,
I.° avec les deux côtés de
l’angle circonscrit;
2.° avec sa cordede contact et avec la droite
qui
va dufoyer
à son somnet; lesdeux derniers diamètres seront
rectangulaires
et diviseront en deuxparties égales
lesquatre angles formés
par les deuxpremiers.
Pour
parvenir à
un antreprincipe qui
conduit à ungrand
nom-bre de
propriétés
nouvelles del’hyperbole équilatère,
nous feronsremarquer que,
lorsqu’un angle
droit tourne autour de son som-met, fixé en un
point
dupérimètre
d’uneconique,
les cordes detous les arcs
interceptés
par cetangle
concourent en unpoint
fixesitué sur la normale de son sommet.
Or,
si laconique
est unehy-
GEOMETRIE.
353perbole équilatère,
on pourradisposer l’angle
droit de manière queses côtés soient
parallèles
aux asymptotes. La corde de l’are inter-cepté
sera ators située àl’infini;
lepoint
invariable de la normale du sommet passera donc aussi àl’infini;
cequi
revient à dire que les cordes des arcsinterceptés par l’angle
mobile seront constammentparallèles
aux normales du sommet, on, si l’on aimemieux, perpen-
diculaires aux
tangentes
en ce même sommet. Il est visibled’ailleurs,
d’aprés
cequi
a été démontré au commencemant de cetarticle,
que le diamètre non transverse
qui
contient lespôles
de ces cordesest
perpendiculaire
à celuiqui
contient le sommet, on a donc cethéorème :
Toutes les cordes d’une
hyperbole équilatére, perpendiculaires à
unemême
tangente,
sont vues dupoint
de contact sous unangle droit;
en outre, le diamètre non transverse
qui
contient lepôle
cle l’unede ces cordes est
perpendiculaire
au diamètre transversequi
va aupoint
de contact de latangente.
A ce théorème
correspond
celui-ci : Lesangles
circonscrits à unehyperbole équilatère,
dont les cordes de contact sontperpendiculai-
res à une même
tangente, interceptent,
sur cettetangente,
des par-.
ties qui
sont vues du centre de la courbe sous desangles
droits.Si, présentement
onrapporte l’hyperbole équilatère à
un cerc’edirecteur,
de rayonarbitraire, ayant
son centre sur lepérimètre
de la
courbe
, sapolaire réciproque
sera uneparabole qui, d’après
ce
qui
a été démontréci-dessus,
sera telle que tous lesangles
droitsqui
lui seront circonscrits auront leur sommet sur latangente
me- née àl’hyperbole
par le centre du cercledirecteur,
et que leurscordes de contact
passeront
par lepôle
du diamètre non trausverse,perpendiculaire
à celuiqui
ira au centre de ce cercle. Il s’ensuitque la
polaire réciproque
d’unehyperbole équilatère,
parrapport
à tout cercle directeur dont le centre est situé sur cette
courbe,
estune
parabole qui a
pour directrice latangente
menèe àl’hyperbole
par le centre du cercle
directeur,
et pourfoyer le pole
du dia-354
mètre non transverse de celle
hyperbole perpendiculaire
à celuiqui
va au centre de ce cercle.
Il est facile aussi de reconnaître que l’axe de cette
parabole
serala
polaire
dupoint k,
de concours de latangente
au centre du cercle et du diamètre non transverse dont il vient d’êtrequestion ;
que son sommet sera le
pôle
de la secondetangente
qne l’on pourra mener àl’hyperbole
par lepoint k,
etqu’enfin
lepoint
de con-tact de cette dernière sera sur la normale à
l’hyperbole ;
de sorteque le lieu des
points k
sera lapolaire réciproque
de ladévelop- pée
de cettecourbe, l’hyperbole
étantprise
pour courbedirectrice ;
d’où il suit que ce lieu est du
quatrième degré.
Voici
présentement quelques applications.
Deux arcs
interceptés
sur un cercle par deuxparallèles,
sont vussous des
angles supplémentaires
ouégaux
des différonspoints
dela
circonférence,
suivant que cespoints
sont entre cesparallèles ou
hors d’elles. Si donc on
prend
un cercle directeur dont le centresoit sur la circonférence du
premier,
on pourra conclure de là que, dans toutquadrilatère
circonscrit à uneparabole ,
de telle sorteque l’une de ses
diagonales
contiennele foyer;
lesangles
dont lessommets sont aux extrémités de l’autre
diagonale
sontégaux
ousupplémentaires.
Donc deux
cordeségales
etparallèles
d’unehyperbole équilatère
sont vues d’un
point
de cette courbe sous desangles égaux
ou sup-plémentaires,
suivant que l’oeil estcompris
ou noncompris
entreles deux droites.
Ce
théorème, indiqué
dans laCorrespondance
deBruxelles,
est dû àM. Vaure. On
pourrait
legénéraliser,
en considérant dans le cercle deux cordes nonparallèles ;
mais celaexigerait trop
dedéveloppemens.
Le
supplément
d’unangle
circonscrit à laparabole
est moitié del’angle
souslequel
sa corde de contact est vue dufoyer.
Donc, l’angle
sou-slequel
on voit une corde del’hyperbole équi-
latère,
de l’un despoints
de sonpérimètre,
est double de celuisous
lequel
est vue, da mêmepoint,
laportion
du diamètre non355 transverse,
perpendiculaire
à celuiqui
passe parl’ait, interceptce
entre les
tangentes
aux extrémités de cette corde.La
portion
d’unetangente
mobile à laparabole, comprise
entredeux tangentes fixes,
est vue dufoyer
sous unangle
constant.Donc,
lesangles
inscrits à unehyperbole équilatère qui s’ap- puyent
sur unecorde fixe, interceptent,
sur un diamètre non trans-versefixe, des portions qui
sont vues sous desangles égaux
de l’anedes extrémités du diamètre
perpendiculaire
à celui- là.Si un
angle
invariable se meut de manière que l’un de ses côtés passe constamment par lefoyer
d’uneparabole
et que l’autre lui soit constammenttangent,
son sommet décrira unetangente
à lacourbe. Cette
tangente
sera celle du sommet sil’angle invariable
est droit.
Donc, si
unangle
degrandeur
invariable tourne sur son somnietfixé
en unpoint du périmètre
d’unehyperbole équilatère,
la cordemobile
qui joindra
lepoint
où l’un de ses côtés rencontra cettecourbe avec celui où coupe le diamètre non
transverseper-
pendiculaire
à celuiqui
va au sommet del’angle,
passera cons-tamment par un même
point fixe
situé sur la courbe. Cepoint fixe
sera celui où la normale du sommet del’angle
coupe la courbesi
l’angle
invariable esi droit.Ce théorème offre un moyen facile de construire tant de
points qu’on
voudra d’unehyperbole equilatère, lorsqu’on
connaîtra soncentre et deux de ses
points.
Soient 0 le centre etA, B
les deuxpoints donnés ;
enprolongeant
AO d’unequantité OC=OA,
lepoint
C sera un nouveaupoint
de la courbe. Soit menée la corde BC et soit D lepoint
ou elle estcoupée
par laperpendiculaire
nie-née à AC par le
point 0 ;
en menantAD,
nous pourrons considé-rer
l’angle
CAD comme unangle
mobile etinvariable, ayant
sonsommet A en un
point
de la courbecherchée
et alors BC sera lacorde mobile
qui joindra
lepoint
C d’intersection de la courbe avec l’un AC des côtés del’angle,
aupoint
D d’intersection de son au-tre côté AD avec le
diamètre
transverseOD, perpendiculaire
au dia-mètre AC de sou sommet. En faisant donc varier la
position
del’angle
autour de son sommet, lepoint D,
ainsi que les deux droi-tes AC et
BD ,
varieront sans cesse, et ces deux droites donne- ront , par leur intersectionC ,
tant depoints
de la courbequ’on
voudra.
On démontrera facilement que , pour déterminer les
asymptotes,
il faudra décrire sur AB unsegment capable
del’angle
invariableCAD;
mener des droites dupoint B aux points
où cesegment
estcoupé
parOD,
et enfin conduire par le centre O desparallèles à
ces
deux
droites.Parmi divers théorèmes que l’on
peut
démontrer à l’aide des con-sidérations
qui précèdent le
suivant mérite d’êtreparticulièrement remarqué.
On sait que toute circonférence circonscrite à un trian-gle dont
les trois côtés sonttangens
à uneparabole,
contient lefoyer
de cette courbe(*).
Il eu résulte que touteconique qui
apour
foyer
unpoint
d’unehyperbole équilatère qui
touche les trois côtés d’untriangle inscrit,
touche aussi le diamètre non trans- verseperpendiculaire
à celui de cefoyer.
De là on peut conclure que lespieds
desquatre perpendiculaires
abaissées de l’un despoints
d’une
hyperbole équilatère,
sur les trois côtés d’untriangle
inscritet sur le diamètre non transverse
perpendiculaire à
celui de cepoint,
se trouvent sur une même
circonférence ;
or , lepied
de cette der-nière
perpendiculaire
n’est autre chose que le centre de la courbe.Donc, si,
de l’unquelconque
des-points
d’unehyperbole équila- tère,
on abaisse desperpendiculaires
sur les trois côtés d’un trian-gle inscrit,
lacirconférence qui
passera par lespieds
deces
per-pendiculaires
contiendra aussi le centre del’hyperbole.
(*)
Voy.
la pag. 45 duprésent
volume.J. D. G.
DE
GEOMETRIE. 357
Si l’on remarque
présentement
que, parquatre points donnés,
on
peut ,
engénéral,
fairepasser
unehyperbole équilatère,
on ob-tiendra ce nouveau théorème:
Quatre points
étant donnés sur unplan ; si,
de chacund’eux ,
onabaisse des
perpendiculaires
sur les directions des trois côtés dutriangle qui
a ses sommets aux trois autrespoints,
lescirconfé-
rences,
qui passeront
par lespieds des perpendiculaires
relatives àces
triangles,
secouperont
toutesquatre
en un mêmepoint,
cen-tre de
l’hyperbole équilatère
contenant lesquatre points
donnés.Il est visible que, si les
quatre points
donnésappartiennent
àune même
circonférence,
lesquatre
circonférences dont ils’agit
se réduiront à
quatre
droites concourant en un mêmepoint (*).
Voilà donc un
procédé
fortsimple
pour construire le centred’une hyperbole équilatère, assujétie
à passer parquatre points donnés.
Une fois ce centre
obtenu,
on obtiendra tant d’autrespoints
de lacourbe
qu’on voudra,
par leprocédé indiqué plus
haut.L’hyperbole équilatère
étant à elle-même sadirectrice,
lapolaire réciproque
de l’avant-dernier théorème sera le suivant :Si
l’on
circonscrit arbitrairement untriangle
à unehyperbole équi-
latère et
qu’on
lui mène unetangente également arbitraire ,
en cons-truisant
ensuite,
sur les droitesqui joignent
le centre de la courbeaux trois sommets du
triangle,
comme côtés del’angle drort,
troistriangles rectangles
danslesquels
l’autre côté del’angle
droit soitdirigé
de ce centre vers latangente ,
ets’y termine ,
le cercle cir.conscrit au
triangle
formé par leshypothénuses
de ces troistrian- gles
passera par le centre del’hyperbole.
Concevons
présentement
que letriangle
inscrit àl’hyperbole équi-
latère,
dont il a étéquestion ci-dessus,
ait deux de ses côtés pa- rallèles auxasymptotes
de lacourbe ,
sou troisième côtépassera à l’infini,
et nous aurons cet autre théorème :(*)
Voy.
la pag. 45 duprésent
volume,J.
D. G.Tom. XIX 47
Si un
rectangle
a ses côtésrespectivement parallèles
aux asymp-lotes d’une
hyperbole équilatère,
el deux sommetsopposés
sur cellecourbe,
ladiagonale qui joindra
les deux sommets restans passera par le centre del’hyperbole.
Ce
théorème,
de natureprojective, peut être
ensuitegénéralisé
cotnme il suit :
. Si un
parallélogramme
a ses côtésrespectivement parallèles
auxdeux
asymptotes
d’unehyperbole quelconque,
et deux sommets op-posés
sur lacourbe,
ladiagonale, joignant
les deux côtés restans,contiendra le centre de
l’hyperbole.
De là résulte un
procédé
fortsimple
pour déterminer le centred’une
hyperbole lorsqu’on
en donne troispoints
etqu’on
donneen outre des
parallèles
à ses deuxasymptotes.
Soit P le
point
ou se croisent les cordes d’uneconique
C vuesde l’un 0 de ses
points
sous unangle droit,
et soit D la droitepolaire
de cepoint ;
enplaçant
le centre du cercle directeur aupoint
O,
etreprésentant
par C’ lapolaire réciproque
deC ,
par P’ celledu point P ,
et par D’ lepôle
deD ,
il est visible que C’ seraune
parabole qui
auraP’ pour
directrice et DI pourfoyer;
par unraisonnement analogue
à l’un desprécédens ,
on pourra donc prouver que lespieds
desperpendiculaires
abaissées dupoint 0,
surles trois côtés d’un
triangle
inscrit à C et sur ladroite D,
sont si-tués sur la même
circonférence ;
or, le dernierde
cespoints
estinvariable ;
Donc, i.° si,
d’unpoint fixe, pris sur
uneconique,
on abaissede.r
perpendiculaires
sur les directions des côtés de tant detriangles
inscrits
qu’on voudra,
lescirconférences
déterminées par lespieds
des
perpendiculaires
relatives à cesdifférens triangles
secouperont
toutes au même
point ;
2.° laperpendiculaire
élevée de cepoint à
la droite
qui
lejoint
aupoint
dedépart
desperpendiculaires,
serala
polaire
dupoint
où se croisent toutes les cordes de laconique
cues du
premier
de cespoints
sous unangle
droit.PROBLEME DE DYNAMIQUE. 359
Au lieu d’abaisser des
perpendiculaires,
onpourrait
abaisser desobliques faisant,
dans le même sens , desangles égaux quelconques.
Il est visible aussi que, si un
angle
mobile invariable tourne au-tour de sôn sommet fixé en
0 ,
et si l’onjoint
par des droites lespoints
ou ses côtés rencontrentrespectivement
laconique
C et ladroite
D ;
la droitemobile,
obtenue par cetteconstruction,
passeraçonstamment par un
point
fixe situé sur laconique
C.Si
l’angle
mobile estdroit,
lepoint
fixe sera en outre sur tanormale du
point
0.De tout cela résultent deux nouveaux
procédés
pour décrire uneconique assujétie à
passer parcinq points donnés ;
mais ils sontplus compliqués
que lesprocédés
connus.En
imaginant
que letriangle
inscrit sechange
en unetangente
et une corde menée par le
point
de contact, onparvient
aussi ai-sément à déduire de ceci un
procédé
pourmener
unetangente
àune
conique.
Châlons,
le i i novembre I828.DYNAMIQUE.
Solution d’un problème de dynamique ;
Par M. LE B A R B I E R.
PROBLÈME.
Une roue circulaireporte ;
à sacirconférence,
un canal
annulaire,
dont toutes lessections,
suivant desplans
con-duits par l’axe de la roue, sont des cercles
égaux , ayant
leurs cen-tres sur une