Édition de feuilles d'exercices

[oraux/ex1621] centrale MP 2008 Soient \(A\), \(B\), \(C\) trois points du plan affine euclidien orienté, \(S\) l’aire du triangle \(ABC\), \(a=BC\), \(b=CA\), \(c=AB\).

1. Exprimer \(\|\mathchoice{\overrightarrow{AB}}{\overrightarrow{AB}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AB}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AB}}\wedge\mathchoice{\overrightarrow{AC}}{\overrightarrow{AC}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AC}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AC}}\|^2+\langle\mathchoice{\overrightarrow{AB}}{\overrightarrow{AB}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AB}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AB}},\mathchoice{\overrightarrow{AC}}{\overrightarrow{AC}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AC}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AC}}\rangle^2\) en fonction de \(\|\mathchoice{\overrightarrow{AB}}{\overrightarrow{AB}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AB}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AB}}\|\) et \(\|\mathchoice{\overrightarrow{AC}}{\overrightarrow{AC}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle AC}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle AC}}\|\).

2. Montrer \(S^2=\displaystyle{(a^2+b^2+c^2)^2\over16}-{a^4+b^4+c^4\over8}\).

3. Montrer : \(S\leqslant\displaystyle{\sqrt3\over12}(a^2+b^2+c^2)\).

[concours/ex6453] polytechnique MP 2006

1. Soit \(P(x,y,z)=x^4+y^4+z^4-2(xy)^2-2(yz)^2-2(xz)^2\). Factoriser \(P\).

2. Soit \(ABC\) un triangle dont les longueurs des côtés sont \(a\), \(b\), \(c\). On note \(S\) son aire. Montrer que \(P(a,b,c)=-16S^2\).

[concours/ex0548] tpe, int, ivp MP 1996 On considère un triangle de côtés \(a\), \(b\) et \(c\) et d’aire \(S\). Montrer que \[16S^2=(a^2+b^2+c^2)^2-2(a^4+b^4+c^4)\,.\] En déduire que \(S\leqslant\displaystyle{\sqrt3\over12}(a^2+b^2+c^2)\) et traiter le cas d’égalité.

[oraux/ex1476] polytechnique MP 2005 Soient \(a\), \(b\), \(c\) les longueurs des côtés d’un triangle d’aire \(s\). Montrer que : \[16s^2=(a+b+c)(a+b-c)(a+c-b)(b+c-a).\]

[examen/ex3739] mines PC 2025 Soient \(a\), \(b\), \(c\in\mathbf{R}^+\) tels que \(a+b+c=\displaystyle\frac{\pi}2\). Montrer que \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits(a)\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits(b)\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits(c)\leqslant\displaystyle\frac18\).

[geo.affine/ex0641] Soit \(ABC\) un triangle.

Montrer : \[\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits{\widehat A\over 2}\,\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits{\widehat B\over 2}\,\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits{\widehat C\over 2}\leqslant{1\over8},\] et étudier le cas d’égalité.

[geo.affine/ex0648] Soit \(ABC\) un triangle, \(a=BC\), \(b=AC\), \(c=AB\) ; on note \(R\) le rayon du cercle circonscrit à \(ABC\).

Montrer : \[R={a\over2\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat A}={b\over2\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat B}={c\over2\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat C}={a+b+c\over2(\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat A+\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat B+\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat C)}.\]

[concours/ex5495] polytechnique MP 2007 On connaît les côtés d’un quadrilatère convexe articulé. Quelle est la configuration qui maximise l’aire du quadrilatère ?

[oraux/ex1594] polytechnique MP 2008 Soit \(ABC\) un triangle du plan. On note \(\widehat A\), \(\widehat B\) et \(\widehat C\) les angles des sommets respectifs \(A\), \(B\) et \(C\), et \(a\), \(b\), \(c\) les longueurs des côtés \(BC\), \(AC\), \(AB\).

1. Montrer que la quantité « hauteur \(\times\) côté opposé » ne dépend pas du sommet à partir duquel elle est calculée.

2. Soit \(R\) le rayon du cercle circonscrit au triangle. Montrer : \[2R={a\over\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat A}={b\over\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat B}={c\over\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\widehat C}.\]

3. En déduire une relation simple entre aire, rayon du cercle circonscrit et côtés du triangle.

[geo.affine/ex0649] Soit \(ABC\) un triangle, \(a=BC\), \(b=AC\), \(c=AB\) ; on note \(S\) l’aire de \(ABC\), et \(r_A\) (resp. \(r_B\), \(r_C\)) le rayon du cercle exinscrit dans l’angle \(\widehat A\) (resp. \(\widehat B\), \(\widehat C\)) de \(ABC\).

Montrer : \[r_A={2S\over-a+b+c},\quad r_B={2S\over a-b+c},\quad r_C={2S\over a+b-c}.\]

[geo.affine/ex0640] Soit \(ABC\) un triangle.

Montrer que \(ABC\) est rectangle si et seulement si : \[\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits^2\widehat A+\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits^2\widehat B+\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits^2\widehat C=1.\]

[oraux/ex1490] polytechnique MP 2005 Soient \((A,B,C)\) un repère affine du plan \(\mathscr{P}\), et \(O\), \(M_1\), \(M_2\), \(M_3\) quatre points de \(\mathscr{P}\). On suppose : \(\forall i\in\{1,2,3\}\), \(\mathchoice{\overrightarrow{OM_i}}{\overrightarrow{OM_i}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OM_i}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OM_i}}=x_i\mathchoice{\overrightarrow{OA}}{\overrightarrow{OA}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OA}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OA}}+y_i\mathchoice{\overrightarrow{OB}}{\overrightarrow{OB}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OB}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OB}}+z_i\mathchoice{\overrightarrow{OC}}{\overrightarrow{OC}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OC}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OC}}\), où \((x_i,y_i,z_i)\in\mathbf{R}^3\) vérifie \(x_i+y_i+z_i=1\). Montrer que : \[\left|\begin{array}{ccc}x_1&y_1&z_1\\x_2&y_2&z_2\\x_3&y_3&z_3\end{array} \right|=\pm{\hbox{Aire}(M_1M_2M_3)\over\hbox{Aire}(ABC)}.\]

[concours/ex3551] polytechnique M 1992 Soit trois droites du plan euclidien définies par leurs équations dans un repère orthonormé : \[ax+by+c=0,\quad a'x+b'y+c'=0,\quad a''x+b''y+c''=0.\] Soit \(S\) l’aire du triangle formé par ces trois droites. Montrer que : \[2S={\left| \begin{array}{ccc}a&b&c\\a'&b'&c'\\a''&b''&c''\end{array} \right|^{\!2}\over \left|\vphantom{|_|}(ab'-a'b)(ab''-a''b)(a'b''-a''b')\right|}.\]

[oraux/ex1455] polytechnique 2004 Soit \(ABC\) un triangle de périmètre \(p\).

1. Rappeler la définition du cercle inscrit du triangle \(ABC\). Soient \(I\) le centre de cercle et \(r\) son rayon.

2. Montrer que \(BC\,\mathchoice{\overrightarrow{IA}}{\overrightarrow{IA}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle IA}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle IA}}+CA\,\mathchoice{\overrightarrow{IB}}{\overrightarrow{IB}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle IB}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle IB}}+AB\,\mathchoice{\overrightarrow{IC}}{\overrightarrow{IC}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle IC}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle IC}}=\vec0\).

3. Exprimer l’aire de \(ABC\) à l’aide de \(r\) et \(p\).

[geo.affine/ex0651] Soit \(ABC\) un triangle, \(a=BC\), \(b=AC\), \(c=AB\) ; on note \(r\) le rayon du cercle inscrit dans \(ABC\).

Montrer : \[r={a+b+c\over2\left(\mathop{\mathchoice{\hbox{cotan}}{\hbox{cotan}}{\mathrm{cotan}}{\mathrm{cotan}}}\nolimits\displaystyle{\widehat A\over2}+\mathop{\mathchoice{\hbox{cotan}}{\hbox{cotan}}{\mathrm{cotan}}{\mathrm{cotan}}}\nolimits\displaystyle{\widehat B\over2}+\mathop{\mathchoice{\hbox{cotan}}{\hbox{cotan}}{\mathrm{cotan}}{\mathrm{cotan}}}\nolimits\displaystyle{\widehat C\over2}\right)}.\]

[oraux/ex1427] mines 2003 Soit des réels \(a\), \(b\), \(c>0\).

1. À quelle condition \(a\), \(b\), \(c\) sont-ils les longueurs des côtés d’un triangle ?

2. À quelle condition \(a\), \(b\), \(c\) sont-ils les longueurs des hauteurs d’un triangle ?

3. Reprendre ces questions en imposant que le triangle soit acutangle.

[examen/ex1390] polytechnique MP 2024 Soit \(P\) un polynôme réel de degré \(6\). Une droite \(D\) est tangente à la courbe \(C_P\) en trois points \(A\), \(B\), \(C\) d’abscisses \(a<b<c\).

1. On suppose que \(AB=BC\). Montrer que les aires délimitées par \([BC]\) et \(C_P\) d’une part, et par \([AB]\) et \(C_P\) d’autre part, sont égales.

2. On pose : \(q =\displaystyle\frac {BC}{AB}\) et \(Q =\displaystyle\frac{A_1}{A_2}\) avec \(A_1\) et \(A_2\) les aires susmentionnées. Montrer que : \(\displaystyle\frac {2}{7}q^5\leqslant Q\leqslant\frac {7}{2}q^5\).

[oraux/ex1591] polytechnique MP 2008

1. Soit \(ABC\) un triangle. On note \(A'\), \(B'\), \(C'\) les milieux respectifs de \([BC]\), \([CA]\) et \([AB]\).

   1. Que dire des droites \((AA')\), \((BB')\), \((CC')\) ?

   2. Lier l’aire de \(A'B'C'\) à celle de \(ABC\).

2. Soit \(ABCD\) un quadrilatère convexe. On note \(A'\), \(B'\), \(C'\) et \(D'\) les milieux respectifs de \([AB]\), \([BC]\), \([CD]\) et \([DA]\).

   1. Peut-on lier l’aire de \(A'B'C'D'\) à celle de \(ABCD\) ?

   2. Peut-on trouver \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) si l’on connaît \(A'\), \(B'\), \(C'\), \(D'\) ?

[planches/ex1799] polytechnique MP 2017 Soit \(T\) un triangle dont les angles géométriques sont notés \(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\) (éléments de \(\left]0,\pi\right[\)). Montrer que : \[{1\over\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\alpha}+{1\over\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\beta}\geqslant{8\over3+2\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits\gamma}.\]

[oraux/ex1620] centrale MP 2008 Soit \(ABC\) un triangle équilatéral et trois droites parallèles \(D_A\), \(D_B\), \(D_C\) passant respectivement par \(A\), \(B\) et \(C\). On suppose que \(D_C\) est située entre \(D_A\) et \(D_B\) et l’on note \(a\) la distance entre \(D_A\) et \(D_C\), \(b\) la distance entre \(D_B\) et \(D_C\). Soit \(p\) le point d’intersection différent de \(C\) de \(D_C\) avec le cercle circonscrit à \(ABC\).

1. Montrer que \(AP=\displaystyle{2\over\sqrt3}a\).

2. Calculer de même \(BP\) en fonction de \(b\) et en déduire la valeur de \(AB\).

3. Exprimer l’aire de \(ABC\) en fonction de \(a\) et de \(b\).