Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/GeometryUnreviewed

Quel est le point aveugle d’une salle de contrôle ?

by Sequoia·translated by Catalpa·
44
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Trois caméras de surveillance AA, BB et CC sont installée pour contrôler une zone d’accès restreint triangulaire. Quel est le point M de ABCABC le moins exposé à la surveillance de ces trois caméras ?
Ici, on définit l’exposition comme l’inverse du produit des distances aux caméras.

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Solutions

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Solution by ferntree

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On identifie les points AA, BB et CC à leurs affixes complexes aa, bb et cc. Le point MM, d’affixe zz, minimise l’exposition définie par (∣z−a∣∣z−b∣∣z−c∣)−1(|z - a| |z - b| |z - c|)^{-1}. Autrement dit, MM maximise ∣z−a∣∣z−b∣∣z−c∣|z - a| |z - b| |z - c| et puisque la fonction x↦ln⁡(x2)x \mapsto \ln(x^{2}) est croissante sur R+\mathbb{R}_{+}, MM maximise aussi ln⁡∣z−a∣2+ln⁡∣z−b∣2+ln⁡∣z−c∣2\ln |z - a|^{2} + \ln |z - b|^{2} + \ln |z - c|^{2}. En mettant la dérivée de cette dernière quantité à zéro, on obtient la condition
z−a∣z−a∣2+z−b∣z−b∣2+z−c∣z−c∣2=0.\frac{z - a}{|z - a|^{2}}+\frac{z - b}{|z - b|^{2}}+\frac{z - c}{|z - c|^{2}} = 0.En utilisant le fait que ∣z∣2=zˉz|z|^{2} = \bar{z} z, cette condition se réécrit
1z−a+1z−b+1z−c=0,\frac{1}{z - a}+\frac{1}{z-b}+\frac{1}{z-c} = 0,où on a pris la partie conjuguée. On reconnaît la dérivée logarithmique du polynôme P(z)=(z−a)(z−b)(z−c)P(z) = (z - a) (z - b) (z - c). La condition se réécrit P′(z)/P(z)=0P'(z) / P(z) = 0, donc zz est une racine de P′P'. Dans le cas général, il y a donc deux points qui minimisent l’exposition. D’après le théorème de Marden, ces deux points sont les foyers de l’ellipse de Steiner inscrite au triangle ABCABC. Le calcul de P′P' donne 3z2−2(a+b+c)z+(bc+ac+ab)3 z^{2} - 2 (a + b + c) z + (b c + a c + a b), donc zz est de la forme
z=a+b+c±(a2+b2+c2)−(bc+ac+ab)3.z = \frac{a + b + c \pm \sqrt{(a^{2} + b^{2} + c^{2}) - (b c + a c + a b)}}{3}.

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