Post by denis feldmannPost by MauricePost by cricriTrès belle démonstration. Je ne cherchais pas du tout de ce côté.
Merci beaucoup!
Oui. Dommage qu'elle soit fausse.
"...On obtient ainsi un ensemble de cercles de S qui doivent
Post by cricriPost by Frederic Balditcontenir E et F (invariants par la rotation d'axe D)
Rien ne le prouve.
Ah bon ?? Pourtant , E et F sont sur S et sur D, donc dans le cercle
intersection de S et du plan P1 (tournant autour de D) et ce cercle
est de diamètre EF par symétrie...
Le plan P1 donne un cercle, comme indiqué. Changeons
Post by Mauriceun peu les notations et notons E(0)-F(0) son diamètre, porté par D.
Un autre plan P(phi), obtenu en faisant tourner P1 autour de D d'un
angle phi, donnera un autre cercle contenant A, B et avec un diamètre
E(phi)-F(phi) _porté_ par D. Mais rien ne prouve que E(phi)=E(0).
Bien sûr que si : ces points sont sur D et sur le cercle, donc...(voir
plus haut)
Post by MauriceSoit I le milieu de AB. On peut très bien avoir mesure(E(phi)-I)
variant de 0 à l'infini pour phi parcourant un intervalle de longueur
2pi. Ou n'importe quelle autre loi de variation.
Bien sûr le volume résultant, disons V, intersecté par un plan
"oblique", ne donnerait plus un cercle, mais justement, la tentative
de démonstration n'utilise pas de tels plans obliques.
Si, le plan orthogonal à D, et il suffit (ce qui, au passage, montre que
l'énoncé peut être considérablement affaibli)
Par conséquent elle
Post by Mauriceest incapable d'éviter des volumes tels que V, qui ne sont pas des sphères.
Donne un contre-exemple (S a pour intersection un cercle C0 avec le
plan P0, et un cercle dans tout plan P passant pas l' axe de symétrie
de C0e, et pourtant S n'est pas une sphère), et on t'écoutera avec
intérêt...
Il y a une infinité de contre-exemples.
Prenons le milieu I de AB comme centre de coordonnées, le plan (x,y)
contenant le cercle C0, c'est-à-dire P0, et la droite D (axe de symétrie
de C0) comme axe z. Soit r=IA=IB.
Definissons une surface S en utilisant deux paramètres.
phi sur [0,2pi] (la rotation du plan vertical)
theta sur [0,2pi] (pour chaque cercle vertical)
Soit
h(phi)= <n'importe quoi non constant>, par exemple h(phi)=phi.
Posons
R=racine(r^r+h^h) (c'est le rayon du cercle "vertical")
La surface S est définie par l'ensemble des points M de coordonnées
(x,y,z) vérifiant :
x=R*cos(theta)*cos(phi)
y=R*cos(theta)*sin(phi)
z=R*sin(theta)+h
Une telle surface n'est pas une sphère parce que h n'est pas constant
(alors que le présupposé implicite faux de la tentative de démonstration
en discussion est justement qu'il est constant). J'imagine qu'avec un
logiciel adéquat il est facile de la visualiser.
Nous devons vérifier :
a) que l'intersection de (x,y) avec S est le cercle C0
b) que l'intersection avec S de tout plan contenant l'axe z est un cercle
Preuve de a)
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C'est évident par construction, mais prouvons-le quand même analytiquement.
On a de toutes façons x^2 + y^2 = R^2*cos(theta)^2
L'intersection de S avec le plan (x,y) est donnée par z=0, c'est-à-dire
sin(theta)=-h/R
d'où, successivement
cos(theta)^2=1-h^2/r^2
x^2 + y^2 = R^2*(1-h^2/R^2)
= R^2 - h^2
= r^2
C'est bien le cercle de centre I, de rayon r.
Preuve de b)
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Même remarque, c'est évident géométriquement, S a été construite pour
que ça marche. Prouvons-le analytiquement.
Un plan contenant l'axe z est entièrement défini par un angle ksi entre
0 et 2*pi. Ses équations paramétriques sont
x=a*cos(ksi)
y=a*sin(ksi)
z=b
avec ksi dans [0, 2*pi[, a dans [0, infini[, b dans [0, infini[
L'intersection d'un tel plan avec S donne :
a*cos(ksi)=R*cos(theta)*cos(phi)
a*sin(ksi)=R*cos(theta)*sin(phi)
b=R*sin(theta)+h
On en déduit en particulier
a^2=R^2*cos(theta)^2
cas cos(theta)>0
---------------
a=R*cos(theta)
cos(ksi)=cos(phi)
sin(ksi)=sin(phi)
=> phi=ksi=constante
cas cos(theta)<=0
-----
a=-R=cos(theta)
cos(ksi)=-cos(phi)
sin(ksi)=-sin(phi)
=> phi=ksi+pi si ksi<pi ou phi=ksi-pi si ksi>=pi
=> phi=constante
L'intersection d'un tel plan "vertical" avec S est donc trouvée en
considérant phi constant dans les équations paramétriques de S.
On a alors R=constante.
Soit J le point de coordonnées (0,0,h). Prenons un point M qui
appartiennent à la fois au plan et à S et calculons sa distance à J.
On a
x^2 + y^2 + (z-h)^2 = R^2*cos(theta)^2 + (R*sin(theta) + h - h)^2
= R^2*cos(theta)^2 + R^2*sin(theta)^2
= R^2
Cette distance est constante : c'est bien un cercle.
Maurice Clerc
Post by denis feldmannPost by MauriceJe propose plutôt une démarche constructive (à affiner/vérifier), à
partir de plans parallèles.
Etape 1
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Deux plans parallèles donnent deux cercles, sur lesquels on peut
choisir deux diamètres parallèles A1-A2 et B1-B2. Le plan contenant
A1, A2, B1, B2, coupe le solide selon un cercle qui contient ces
quatre points. Donc le quadrilatère correspondant est un trapèze
symétrique : la droite joignant les centres des cercles est
perpendiculaire à A1-A2 et à B1-B2
Etape 2
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En prenant tous les plans parallèles aux précédents, en déduire que
les centres des cercles d'intersection sont alignés. Le solide est
alors un cylindre au sens large (corps avec symétrie de rotation
autour d'un axe X1)
Etape 3
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Idem avec une autre famille de plans parallèles, par exemple
perpendiculaires aux précédents. => un autre axe de rotation X2.
Etape 4
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Montrer que X1 intersecte X2 en O. Intuitivement "évident", mais,
justement, pas forcément facile à vraiment démontrer. A partir de là,
en généralisant, on a un corps avec symétrie de rotation autour de
tout axe passant par O. On peut _maintenant_ prouver, éventuellement
analytiquement en considérant la distance à O d'un point quelconque,
que c'est une sphère.
Maurice Clerc
Post by cricriPost by Frederic BalditSoit S le solide et P un plan qui coupe S selon un cercle C de rayon non
nul. Soit A un point de C et B le point de C diamétralement opposé,
et soit D la droite perpendiculaire à P passant par le milieu de
[AB]. Soit P1 le
plan défini par D et (AB). L'intersection de P1 et S est un cercle C1
passant par A et B. Donc la médiatrice de [AB] contenue dans P1, qui est D,
contient un diamètre [EF] de C1.
En faisant tourner A sur C on fait tourner P1 autour de D (puisque D reste
inchangée). On obtient ainsi un ensemble de cercles de S qui doivent
contenir E et F (invariants par la rotation d'axe D). De plus la rotation
de A sur C ne change pas la médiatrice de [AB] qui est contenue dans P1
donc tous ces cercles ont un diamètre porté par D. Donc tous ces cercles
admettent [EF] comme diamètre.
La rotation de P1 autour de D décrivant tous l'espace, S est l'ensemble des
cercles de diamètre [EF]. C'est donc une sphère.
Il y a peut-être plus court et mieux écrit...