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. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research 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 (zazbzc)1(|z - a| |z - b| |z - c|)^{-1}. Autrement dit, MM maximise zazbzc|z - a| |z - b| |z - c| et puisque la fonction xln(x2)x \mapsto \ln(x^{2}) est croissante sur R+\mathbb{R}_{+}, MM maximise aussi lnza2+lnzb2+lnzc2\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
zaza2+zbzb2+zczc2=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 z2=zˉz|z|^{2} = \bar{z} z, cette condition se réécrit
1za+1zb+1zc=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)=(za)(zb)(zc)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 PP'. 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 PP' donne 3z22(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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