V ECTEN
R OCHAT
F AUQUIER
Questions résolues. Solutions des deux problèmes proposés à la page 318 du premier volume des Annales
Annales de Mathématiques pures et appliquées, tome 2 (1811-1812), p. 22-32
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est
susceptible
d’une constructionélégante
par le cercle et parl’hy- perbole rapportes
à sesasymptotes.
Remarque
IV.me On ramène à peuprès
de la même manière à unproblème
déterminé lesproblèmes
sulvans : Par unpoint donné ,
surune
surface , sphérique , et
dans unangle sphérique formé
sur cettesurface ;
mener un arc degrand
cercle dont lapartie
inscrite dansl’angle sphérique
soit laplus petite ,
ou tel que l’aire ou le contour dutriangle
retranché soit un minimum ?est
susceptible
d’une constructionélégante
par le cercle et parl’hy- perbole rapportes
à sesasymptotes.
Remarque
IV.me On ramène à peuprès
de la même manière à unproblème
déterminé lesproblèmes
sulvans : Par unpoint donné ,
surune
surface , sphérique , et
dans unangle sphérique formé
sur cettesurface ;
mener un arc degrand
cercle dont lapartie
inscrite dansl’angle sphérique
soit laplus petite ,
ou tel que l’aire ou le contour dutriangle
retranché soit un minimum ?QUESTIONS RÉSOLUES.
Solutions des deux problèmes proposés à la page 3I8 du premier volume des Annales ;
Par MM. VECTEN , professeur de mathématiques spéciales
au
lycée de Nismes, ROCHAT , professeur
denavigation à St-Brieux,
etFAUQUIER , élève du lycée de Nismes.
LES
trois solutions de ces deuxproblèmes qui
ont été reçues par, les rédacteurs desAnnales , ayant
entre ellesplusieurs points
deressemblance ,
on croitdevoir,
pourabréger ,
en rendrecompte
dansun seul article.
Le premier problème 9
comme on le va voir tout àl’heure,
seramène très-facilement à celui-ci :
LEMME. Deux cercles se
coupant ,
sur un mêmeplan,
mener ,par l’une
quelconque
de leursintersections,
une droite dont lapartie
interceptée
entre les deux cercles soit d’unelongueur
donnée ?RÉSOLUES. 23
Soient 0 ,
O’( fig. 3, 4, 5 )
les centres de deux cercles se cou-pant
en C etD
et soit AB une droitedonnée ;
ils’agit
de menerpar le
point
C une droite CA’ ou CAlI de manière que sapartie
A’B’ ou
A"B", interceptée
entre les deux cercles soitégale
à AB.SOLUTION DE M. VECTEN.
Construction.
Apartir
du centre 0 de l’unquelconque
des deuxcercles, (lig. 3)
soitportée,
sur la droite OO’qui joint
ce centreau centre 01 de l’autre
cercle ,
unelongueur OE=AB;
soient tiréesDO , DOI,
et ,par E,
soit menée à lapremière
de ces deux droitesune
parallèle coupant
la seconde en fi; dupoint
D comme centre ,et avec Da pour rayon, soit décrit un arc de cercle
coupant
en A’et A" le cercle dont le centre est
O’;
par cespoints A’, AIl,
et par lepoint
C soient menées des droitescoupant
en W et BII le cercle dont le centre est0 ;
ces deux droites seront les droitescherchées,
en sorte
qu’on
aura A"B"=A’B’=AB.Démonstration.
Soient joints DA’, DB’, DA", DB",
et par asoit menée à OO’ une
parallèle coupant
DO en b. Lesangles DA’B’,
DA"B", ayant
l’un et l’autre leurs sommets à la circonférence du cercle dont le centre est,O’,
ontégalement
pour mesure la moitié de l’arcDA"C ;
ils sont doncégaux
à DO’O etconséquemment
a
Dob.
Pareillement lesangles DB’A’. DB"A", ayant
l’un et l’autreleurs sommets à la circonférence du cercle dont le centre est
0 ,
ontégalement
pour mesure la moitié de l’arcDB/C ;
ils sont doncégaux
à DOO/ et
conséquemment
àDba;
les troistriangles A’DB’, A"DB", aDb ,
sont doncsemblables ;
ils sont deplus égaux, puisque ,
parconstruction, DA’=DA"=Da;
doncA’B’=A"B"=ab=OE=AB ,
ainsi
qu’il
étaitexigé.
Limite du
problème.
Lespoints A’ , A" ,
étant déterminés par l’intersection de la circonférence dont le centre est 0/ avec unecirconférence
décrite dupoint
D comme centre et avec Da pour ra- yon, il s’ensuit que leproblème
ne serapossible qu’autant
que cesdeux circonférences se
couperont c’est-à-dire, qu’autant
que Da n’excédera pas le double deDO’;
ou, cequi
revient aumême, qu’autant
queab=OE=AB
n’excédera par le double deOO’;
c’est-à-dire, qu’autant
que lalongueur
donnée n’excédera pas le double de la distance entre les centres des cercles donnés. Si cette droite étaitprécisément égale
au double de cettedistance,
l’arc A’aA" seraitsimplement tangent
au cercle dont le centre estO’,
et leproblème
n’aurait
qu’une
solution.De là il est facile de conclure le théorème suivant : De toutes les droites menées par l’une des intersections de deux
cercles ,
et ter-minées à l’un et à
l’autre,
laplus grande
estparallèle
à la droitequi joint
les centres, et double de cette droite.SOLUTION
DE M.FAUQUIER.
La solution de M.
Fauquier
diffère peu de celle de M. Vecten. Il mène par lepoint
C(fig. 4 )
une droitequelconque
terminée en m , mlrespectivement
aux circonférences dont les centres sont0, O’; ayant
tiréDm, Dm’ ,
etcoupé
sur mm’ unepartie mE=AB;
il tire par Eparal-
lèlement à
mD,
une droitecoupant
m/D en a ; il décrit alors dupoint
Dcomme centre, et avec Da pour rayon, un arc dont les intersections
A’, A",
avec la circonférence dont le centre est O’ sont les mêmes que lespoints désignés
de la même manière dans lafigure
3. Cette constructionse démontre en conduisant par a une
parallèle
àm’m ,
se terminant à Dmen b ,
etprouvant ensuite 3
à peuprès
comme le fait M.Vecten,
queles trois
triangles A’DB’, A"DB", aDb,
sontégaux. L’avantage
decette construction est
qu’elle n’exige pas que
les centres des cercles donnés soient connus.Il est assez
remarquable
que tous lestriangles
construits sous les mêmes conditions que mDm’ sontsemblables ,
et quele plus grand
detous est celui
qui
a pour hauteur la corde commune aux deux cercles.SOLUTION DE M. ROCHAT.
M. Rochat
a traité leproblème analltiquement
de la manièresuivante.
Soit
RESOLUES.
25Soit
prise
pour axe des x la droite indéfiniequi
passe par les centres des cerclesdonnés ;
soient r ,r’ , les
rayons de cescercles,
et 03B1 ,03B1’ ,
les abscisses de leurs centres , leurséquations
serontEn retranchant ces deux
équations
l’une del’autre ,
onobtiendra ,
comme l’on
sait ,
celle de la corde commune aux deuxcercles ;
on auraainsi
Si- l’on veut
profiter
de l’indétermination de 03B1 et a/ pour faire en sorte que la corde commune aux deux cercles devienne l’axedes y,
il fau-dra,
dans cetteéquation,
faire x=o, cequi
donneral’équation
de rela-tion
posant
doncles
équations
des deux cercles deviendrontet, comme elles sont satisfaites l’une et l’autre par
il en faut conclure que
±03B2
est l’ordonnée de l’intersection des deux cercles etconséquemment
la moitié de leur corde commune.Présentement,
toute droitepassant
par l’intersection dont l’ordonnéeest
+03B2,
aura uneéquation
de la formedans
laquelle
a esttangente
de son inclinaison sur l’axedes x;
en com-binant
successivement cetteéquation
avec celles des deuxcercles ,
onTom. II.
4
obtient pour les coordonnées des
intersections de la
droite avecchacun
d’eux les valeurs suivantessi donc on veut que la
portion
de cette droiteinterceptée entre
lesdeux
cercles
soit d’unelongueur
donnéeK,
on devra avoirou
telle est donc la
tangente
del’angle qui
doit faire la droitecherchée
avec l’axe des x , d’où l’on voit que le
problème
aura engénéral
deux
solutions ,
a cause du doublesigne
duradical ;
on voit deplus qu’il
ne pourra être résolu si l’on aK > 2(03B1-03B1’), c’est-à-dire ,
si lalongueur
donnée surpasse le double de la distance des centres ; on voit enfin que, si K estindéterminé ,
laplus grande
valeurqu’il
pourra avoir sera2(03B1-03B1’), c’est-à-dire,
le double de distance entre les centres ,auquel
cas, a étantnulle,
la droite cherchée devra êtreparallèle
à l’axe des x.
Ainsi,
si l’onproposait
de mener, par l’une des interse- tions de deuxcercles,
une droite de telle manière que lapartie
de cettedroite
interceptée
entre les deux cercles fut laplus grande possible,
onrésoudrait
le problème
en menant par cepoint
uneparallèle
à la droitequi joint
les centres; et lapartie interceptée
serait double de la distance entreces centres. -
La valeur
générale
de a fournit cette construction : soient EX(fig. 5)
la droite
qui joint
les centres, et EY la direction de la corde commune , de manière que E soit lepoint
d’intersection de ces deux droites. Soitprise
surEX,
àpartir
deE ,
unepartie
EFégale
à lalongueur
donnéeR É S O L U E S.
27AB ;
dupoint
F comme centre , et avec le double de la distance 001 descentres
pris
pour rayon , soit décrit un arccoupant
EY en G etH ,
etsoient menés
FG , FH ;
en tirant par C desparallèles
à ces deuxdroites,
rencontrant les deuxcirconférences ,
l’une enA’,B’
et l’autre enA", B",
on aura A"B"= A’B’= AB.PROBLÈME
1. Construire untriangle qui
soitégal
à untriangle ,lonné, et
dont lescôtés , prolongés
s’il estnécessaire ,
passent res-pectivement
par troispoints
donnés.Il est entendu que l’on
désigne
à l’avance ceux despoints
donnés parlesquels
doivent passerrespectivement
les côtés ouprolongemens
decôtés du
triangle
donné.Mais,
s’il en était autrement , il arriverait seu- lement que le nombre des solutions duproblème
endeviendrait,
engéné- ral ,
six foisplus grand ,
comme l’a observé M. Rochat.Soient donc ABC
(fig. 6)
untriangle donné,
et a,b ,
e , troispoints
donnés ,
ils’agit
de construire untriangle égal
àABC,
et tellement situé que lepoint a
soit sur la direction du côtéégal
àBC ,
lepoint b
sur ladirection du côté
égal
àAC ,
et lepoint c
sur la direction du côtéégal
à AB.
Solution. MM.
Vecten ,
Rochat etFauquier
ontégalement
réduit lasolution du
problème
à cequi
suit.Sur les distances
ca, cb,
de l’unquelconque c
despoints
donnésaux deux autres
a, b , prises
pourcorde,
soient décrits des arcs respec- tivementcapables
desangles A , B ,
dutriangle donné;
par c soit menée(Lemme)
une droite dont laportion interceptée
entre les circonférences dont ces arcs fontpartie
soitégale
àAB ;
soientrespectivement B’, A’,
les
points
où cette droite coupe les circonférencespassant
para , b ;
enmenant Bla et Alb se
coupant
enC’,
letriangle
A’B’C’ sera letriangle
cherché. Il est clair en effet que ,
par la construction ,
lespoints a , b ,
c ;se trouveront
respectivement
sur les directions de ses côtésB/C/, C’A’,
A’B’ ;
deplus
son côtéA’B’ ,
et les deuxangles adjacens
se trouvantaussi,
parconstruction , égaux
au côté AB et aux deuxangles adjacens
du
triangle donné,
d’où il résulte que ces deuxtriangles
sontégaux.
On peut, par le
point c ,
mener de deux manières la droite dont la.portion interceptée
entre les dcux circonférences doit êtreégale a A.B
ce
qui.
fournitdéjà
deux solutions duproblème :
cette observation a étéégalement
faitepar MM. Vecten, Rochat et Fauquier.
M. Vecten a remar-qué
deplus que
les arcscapables
desangles B
et Apouvaient
être indiffé-rcmment décrits de l’un ou de loutre côté de ca et
cb,
ou , cequi
revientau même ,
qu’on pouvait
décrire d’un même côté de cesdroites ,
des arcscapables
tant desangles B
et A que dessupplémens
de cesangles, ce qui
donne lieu àquatre
solutions duproblème.
A lavérité ,
les deuxarcs décrits sur ca
peuvent
être combinés avec les deux arcs décrits sur cb dequatre
manièresdifférentes ,
cequi
semblerait devoir conduire à huit solutions duproblème ;
mais il est facile de se convaincre que desquatre
combinaisons dont ces arcs sontsusceptibles,
iln’y en
a que deux seulementqui
donnent untriangle égal
autriangle
ABC. Les deuxautres donnent un
triangle
dont un côté estégal
au côté AB de cetriangle
et dont un desangles adjacens
estégal
à un desangles A , B ,
mais dont le second estsupplément
de l’autre. Lafiguré 7 représente
les
quatre solutions indiquées
par M.Vecten ;on
y aponctué
de lamême manière les cercles
qui
doivent être combinésensemble ; 03B2 ,
03B2’sont les centres de ceux
qui
sont décrits sur ac , et e, 03B1’ sont les centresde ceux
qui
sont décrits surbc,
de manière que les centres des cercles à combiner sont 03B103B2 , 03B1’03B2’.M. Vecten a soin de remarquer que le
problème
nepeut
avoirquatre
solutions
qu’autant
que la moitié du côté donné AB sera moindre que laphis petite
des deux distances v.,f3,03B1’03B2’ ;
que si elle estégale
à cettedistance , le
nombre des solutions se réduira àtrois ; qu’il n’y en
auraque deux
si I 2 AB
se trouvecompris
entre 03B103B2 ,03B1’03B2’ ; qulil n’y en
auraqu’une
seulesi I 2
AB se trouveégal
à laplus grande
de ces deuxdistances ;
et
qu’enfin
leproblème
seraimpossible
s’il la surpasse.M.
Rocbat,
en considérant que l’arccapable
del’angle C , construit
sur la troisième distance
ab,
doit couper les deuxpremiers
au mêmepoint ,
a déduit de cette observation les deux théorèmes suivans :1. Trois
points
a,b,
c, étantpris respectivement
d’une manièrearbitraire
sur les côtésBC, CA, AB,
d’untriangle ABC,
si l’onRÉSOLUES.
29fait
passer descirconférences
par les-systèmes
depoints
a;b , C ;
b,
c,A,
c, aB,
cescirconférences
se couperont toutes en un mêmepoint.
II. Trois
circonférences passant par
un mêmepoint
P et se cou-pant
deplus
deux à deux en despoints
ab,
c, il existe uneinfinité
de
triangles
dont les côtéspassent respectivement par
ces troispoints et
dont les sommets sont
respectivement
sur les troiscirconférences
données.l’ous ces
triangles
sont semblables entre eux et autriangle
dontles sommets sont aux centres des trois
cercles,
et ils ont tousle
point
P pourpoint homologue
commun. Leplus grand
de tous estcelui dont les côtés s.ont
parallèles
aux droitesqui joignent
deuxà deux les centres des trois cercles.
L’arc
capable
del’angle
C décrit sur abpeut,
entre autres usages, servir à lever l’incertitude où l’onpourrait
être sur la manière de combiner deux à deux lesquatre
arcs décrits sur ca etcb ;
on voiten
effet ,
par cequi précède, qu’il
ne faudraprendre
ensemble que .ceuxqui couperont
ce troisième arc , décrit soit d’un côté soitde
l’autre de
ab,
en un mêmepoint.
Les trois
points donnés a , b., c , peuvent
être situes sur unemême
ligne droite,
et c’est un casqui
a été examiné par M. Vecten.Il
n’y
a alors aucunchangement à
faire dans laconstruction ’ déjà indiquée.
Il arriveseulement,
dans ce casparticulier
que les deux distances que nous avonsdésignées
par 03B103B2 et03B1’03B2’ sont égales,
etque conséquemment ,
suivant que AB seraplus petit que le double de
l’une
d’elles, égal
à ce double ouplus grand que
cedouble,
leproblème
aura
quatre solutions ,
deux solutions ou seraimpossible’.
PROBLÈME
II. Construire untriangle qui
soitégal à un trian-
gle
donné et dont les sornrnetssoient respectivement
sur trois droites données ?(*)
(*) Ce
problème a
été traité par M. Carnot(Voyez Géométrie
deposition
page 277 ) ; mais l’auteur s’est contenté de donner une formule
algébrique;
Il aaussi
été traité par Newton voyez les
Prineipes , livre I , lemme XXVI.
On suppose encore ici que l’on a
désigné, à l’avance ,
les sommets’.qui doivent
se trouver sur chacune des droitesdonnées,
cequi
rendle nombre des solutions six fois moindre
qu’il
ne le serait si l’onpouvait indifféremment
établirchaque
sommet sur chacune des droitesdonnées.
MM.
Vecten ,
Rochat etFauquier
ontégalement
ramené ce pro-blème
auprécédent,
et il n’est pas difficile de voir queréciproque-
ment le
précédent pourrait
être ramené à celui-ci. Voici donc àquoi
se réduit la construction de ce dernier
problème :
Soit ABC le
triangle donné ( fig. 8 )
etbc , ca , ab ,
trois droitesdonnées ;
ils’agit
de construire untriangle égal
autriangle
ABC etdont les sommets des
angles égaux
àA, B , C,
soientrespectivement
situés
surbc ,
ca , ab.Construction. Soit construit
( Problème 1. )
untriangle a’b’c’ , égal.
à abc ,
et dont les côtéspassent respectivement , savoir ,
b’c’ parA,
c’a’par
B,
albl par C. Soient alorscoupés bc,
ca,ab ,
enA’, B’, C’,
de la même manière que le sont
b’c’, c’a’, a’b’,
enA, B , C ;
ti-rant alors
A’B’, B’C’, C’A’,
letriangle
A’B’C’ sera letriangle
demandé.M. Vecten observe
qu’en général quatre triangles pouvant
se trou-ver dans les mêmes circonstances où se trouve le
triangle a’b’c’ ,
ils’ensuit que
pareillement quatre triangles peuvent
se trouver dans lesmêmes circonstances où se trouve le
triangle A’B’C’; c’est-à-dire,
que ce
second, problème,
comme lepremier , peut
admettrequatre
solutions. Lafigure 9 représente
cesquatre solutions ,
tellesqu’elles
ont été
indiquées
par M. Vecten.M.
Vecten
observe ensuite que la constructionindiquée
ci-dessusdevient illusoire toutes les
fois
que les trois droites données ne for-ment pas un
triangle ;
cequi peut
arriver de diverses manièresqu’il
considère successivement.
I.° Il
peut arriver ( fig.
io )
que lesdroites
donnéesO’A’ , O’B’ O’C’ ,
se
coupent
en un mêmepoint 0/ ;
alors décrivant sur deuxquelcon-
ques CA:I CB ,
des côtés dutriangle donné , pris
pourcordes ,
et ducôté de.
l’intérieur
de cetriangle ,
des arcsCOA, COB , capables
desR É S O L U E S.
3Iangles C’O’A’, C’O’B’,
et tirantOC, OA, OB;en portant
ceslongueurs
sur
O’C’, 0/A/ , O/B/,
de 0/ enC’ , A’, B’,
ettirant A’B’, B’C’, C’A’,
le
triangle
A’B’C’ résoudra leproblème.
Ceproblème
a deux solu-tions ;
car, enprolongeant A’O’, B’O’, CIOI ,
au-delà dupoint
O’des
quantités O’A", O’B", O’C", qui
leur soientrespectivement égales,
et menant
A"B", B"C", C"A",
letriangle
A"B"C" sera aussiégal
au
triangle ABC,
et aura ses sommets sur les droitesO’A’, O’B’,
O/C/.2.° Il
peut arriver ( fig.
11)’
que deuxaa’,
bb’ des droites don- nées soientparallèles ,
la troisième C’ C" lescoupant respectivement
en03B1 et 03B2;
alors , l’angle égal
à C dans letriangle cherché
étant celuidont le sommet doit être sur
C’C",
il faudra surCA, CB, pris
pourcordes,
décrire des arcsrespectivement capables
desangles
03B203B1a’ et03B103B2b’;
menant ensuite par C
( Lemme )
deux droites dont lesparties 03B1’03B2’, 03B1"03B2", interceptées
entre les deux arcs ,soient égales à
03B103B2, et tirant03B1’A, 03B1"A, 03B2’B, 03B2"B,
les deux dernièresdroites se trouveront,
d’elles-mêmes . respectivement parallèles
aux deuxpremières ; coupant
donc03B103B2 en
C’,
C" de la même manière que 03B1’03B2’ et 03B1"03B2" le sont enC ;
etfaisant de
plus 03B1A’, 03B1A", 03B2B’, 03B2B", respectivement égales
à03B1’A ,
03B1"A , 03B2’B , 03B2"B ,
et tirantA’B’, B’C’, C’A’, A"B", B"C", C"A",
les
triangles A’B’C’, A"B"C",
seront deuxsolutions
duproblème.-
Au moyen de ces deux solutions on en obtiendra facilement deux autres, en
imaginant
que l’on fasse tourner lestriangles C’A’B’, C"A"B"
autour
de
deuxperpendiculaires
àaal , bbl,
l’unepassant
parC’ et
l’autre par
C";
les deux nouveauxtriangles
serontC’A’’’B’’’
etC"A""B"".
3.° Il
peut
enfin arriver que les trois droites donnéesaal , bbl , cc’,
fig. 12)
soientparallèles,
et alors il est facile decomprendre
que letriangle
donné ne saurait êtrequelconque ,
et ques’il
est telqu’il
rendele
problème possible,
ceproblème
sera indéterminé. Si en effet letriangle
A/B/CI satisfait aux conditions du
problème,
en faisantglisser deux,
de ses sommets , suivant les
parallèles
surlesquelles
ils se trouverontsitués ,
le troisième nequittera
pas la troisième de cesparalléles ,
etconséquemment
letriangle
satisferatoujours
aux conditions duproblème.
Q U E S T I O N S
Supposant donc ,
pour rendre leproblème possible,
que les deux côtésCA, CB,
dutriangle
CAB sont seulsdonnés ;
de l’unquelconque
C/ des
points
de cc’ et avecCA ,
CBpris
successivement pour rayons,on décrira deux arcs , le
premier coupant
aa’ enA’, A",
et lesecond
coupant
bb’ enB’, B";
tirant alorsC’A’, C’A", C’B’, C’B", A’B’, A"B", A"B’, A’B",
on formera lesquatre triangles C’A’B’, C’A’B", C’A"B", C’A"B’,
dont les deux derniers ne diffèrent des deuxpremiers
que par leur situation entre lesparallèles,
et dont cha-cun, à cause de l’indétermination du
point C , donnera
lieu à une infi-nité de solutions.
QUESTIONS PROPOSÉES.
QUESTIONS PROPOSEES.
Problèmes de Géométrie.
I. A un
polygone réctiligne donné ,
inscrire un autrepolygone
recti-ligne d’un pareil
nombre decôtés, équivalant
à une surfacedonnée ,
et dont les côtés ou leurs
prolongemens passent respectivement
par unégal
nombre depoints
donnés deposition.
II. Construire un
quadrilatère
danslequel
on connaît lesquatre
côtéset la droite
qui joint
les milieux de deux côtésopposés.
Théorème de Géométrie.
Les droites