Édition de feuilles d'exercices

[planches/ex4730] polytechnique MP 2019 Décrire et représenter \(\{(x,y,z)\in\mathbf{R}^3\ ;\ x^2+y^2-2xz=0\}\).

[fct.R2/ex0466] Montrer que l’hyperboloïde à une nappe \(x^2+y^2-z^2=1\) est une surface réglée, c’est-à-dire, que chacun de ses points se trouve sur une droite qui est entièrement contenue dans la surface.

[oraux/ex9428] polytechnique MP 2013

1. Parmi les triangles à côtés entiers ayant un angle de \(2\pi/3\), déterminer ceux de périmètre minimal.

2. Préciser la nature de la surface de \(\mathbf{R}^3\) d’équation \(z^2-x^2-y^2-xy=0\). Déterminer les symétries orthogonales de \(\mathbf{R}^3\) la préservant.

3. On considère un triangle \(ABC\) ayant un angle de \(2\pi/3\) au point \(A\). On note \(a=BC\), \(b=AC\) et \(c=AB\). Montrer que tout triangle de côtés respectifs \(b\), \(a\) et \(b+c\) possède un angle de \(\pi/3\). Donner un procédé géométrique permettant d’obtenir un tel triangle à partir de \(ABC\). Faire de même pour construire un triangle de côtés respectifs \(c\), \(a\) et \(b+c\).

[concours/ex2412] mines M 1995 Plans tangents communs à \(\{z=0,x^2+y^2=1\}\) et \(\{2xy=z\}\).

[fct.R2/ex0654] Montrer que les surfaces \(x^2+2y^2-4z^2=8\) et \(4x^2-y^2+2z^2=14\) sont perpendiculaires au point \((2,2,1)\).

[oraux/ex1868] centrale PSI 2009 Dans \(\mathbf{R}^3\), soient \(\mathscr{H}\) d’équation \(\displaystyle{x^2\over a^2}+{y^2\over b^2}-{z^2\over c^2}=1\) et \(\mathscr{C}\) d’équation \(\displaystyle{x^2\over a^2}+{y^2\over b^2}-{z^2\over c^2}=0\).

1. Déterminer la nature de \(\mathscr{H}\) et de \(\mathscr{C}\).

2. Soit \(P_0\) un plan tel que \(P_0\cap\mathscr{C}\) est une ellipse. Si \(P\) est un plan parallèle à \(P_0\), montrer que \(\mathscr{P}\cap\mathscr{H}\) est une ellipse.

[fct.R2/ex1158] Soit \(\Sigma\) : \(z^2+4x^2+2y^2=1\). Montrer que la courbe de contact de \(\Sigma\) et du cône de sommet \(S(0,0,a)\) circonscrit à \(\Sigma\) est plane (\(a\not\in\left]-1,1\right[\)).

[oraux/ex1785] centrale MP 2005 Soit \((S)\) la surface d’équation \(z=x^2-y^2\).

1. Reconnaître \((S)\).

2. Indiquer pour quels \((u,v,w,t)\in\mathbf{R}^4\) le plan d’équation \(ux+vy+wz=t\) est tangent à \((S)\).

[concours/ex1191] polytechnique PC 1998 Soit \(\mathscr{S}\) la surface d’équation \(\displaystyle{x^2\over a^2}+{y^2\over b^2}+{z^2\over c^2}=1\), où \(a\), \(b\) et \(c\) sont trois réels non nuls. Trouver l’ensemble des points \(P\) par lesquels passent trois plans tangents à \(\mathscr{S}\) et perpendiculaires deux à deux.

[oraux/ex3951] mines MP 2011 Soient \(S\) la surface d’équation \(xy=z^2\) de \(\mathbf{R}^3\), \(D\) la droite d’équations \(x=2\), \(y=3z-3\). Déterminer les points réguliers de \(S\) en lesquels le plan tangent à \(S\) contient \(D\).

[concours/ex2628] tpe, int, ivp M 1995 Droites parallèles au plan \(z=0\) et qui rencontrent \(D:\{x=0;\ y=2a\}\) et \(\Gamma:\{x^2+y^2-z^2=4a^2;\ x^2+y^2-4ay=0\}\).

[oraux/ex1870] centrale PC 2009 (avec Maple)

Soit \(\mathscr{S}\) la surface d’équation \(\displaystyle{-6\over5}x^2+2xy+{6\over5}xz+{3\over2}y^2-yz+{7\over10}z^2=0\).

1. Déterminer la nature de \(\mathscr{S}\). Donner un repère dans lequel \(\mathscr{S}\) est sous forme réduite. Représenter \(\mathscr{S}\).

2. Soit \(\mathscr{S}'\) la quadrique d’équation réduite dans le repère orthonormé direct \((O,\vec\imath,\vec\jmath,\vec k)\) : \(x^2+2y^2-z^2=0\). Soient \(\Pi\) un plan de \(\mathbf{R}^3\) de vecteur normal unitaire \(\vec n\). À quelle condition l’intersection \(\Pi\cap\mathscr{S}'\) est-elle un cercle ? Déterminer les centres de ces cercles.

[oraux/ex3675] polytechnique MP 2011 Dans \(\mathbf{R}^3\) muni de sa structure euclidienne standard, on considère deux ellipsoïdes \(\mathscr{E}\) et \(\mathscr{E}'\) (non nécessairement concentriques) tels que le domaine intérieur à \(\mathscr{E}\) soit inclus dans le domaine intérieur à \(\mathscr{E}'\). Comparer les demi-axes de \(\mathscr{E}\) et \(\mathscr{E}'\).

[oraux/ex5777] centrale PC 2012 Soit \((S)\) la surface d’équation \(x^2+y^2=z\).

1. Nature de \((S)\) ?

2. Soient \(a>0\) et \((P)\) le plan d’équation \(z=ax\). Nature (et éventuellement excentricité) de l’intersection de \((P)\) et de \((S)\) ?

[oraux/ex1808] mines MP 2006 Reconnaître, si \(\alpha\in\mathbf{R}\), la quadrique d’équation : \[x^2+3y^2-3z^2-4xy+2xz-8yz+\alpha x+2y-z=1.\]

[fct.R2/ex0456] Décrire et tracer le graphe de \(z=y^2-x^2\).

[planches/ex1800] polytechnique MP 2017 Dans \(\mathbf{R}^3\), représenter la surface \(\mathscr{S}\) d’équation \(x^2+y^2-z^2=1\). Décrire l’intersection de cette surface avec le plan d’équation \(z=C\).

[fct.R2/ex0638] Calculer l’équation du plan tangent à \(2x^2-y^2\) en \((1,1,1)\).

[oraux/ex3950] mines MP 2011 Donner les éléments de la quadrique d’équation : \[13x^2+10y^2+5z^2-4xy-6xz-12yz-14=0.\]

[fct.R2/ex0452] Décrire et tracer le graphe de \(\displaystyle{x^2\over a^2}-{y^2\over b^2}-{z^2\over c^2}=1\), où \(a\), \(b\), \(c>0\).

[concours/ex3255] mines M 1993 Déterminer le lieu des sommets des cônes circonscrits à : \[x^2+4y^2=z\] qui rencontrent le plan \(xOy\) selon un cercle.

[fct.R2/ex0649] Calculer les équations de la tangente à la courbe intersection des surfaces \(x^2+2y^2+2z^2=5\) et de \(3x-2y-z=0\) en \((1,1,1)\).

[oraux/ex1807] mines MP 2006 Reconnaître et réduire la quadrique d’équation : \[2x^2+2y^2+z^2+2xz-2yz+4x-2y-z+3=0.\]

[fct.R2/ex0637] Calculer l’équation du plan tangent à \(z=xy\) en \(\left(2,\displaystyle{1\over2},1\right)\).

[concours/ex2922] centrale M 1994 Soit \(S\) la surface \(\{x^2-y^2-z^2=a^2\}\) (\(a>0\)). Soit \(\Sigma\) l’ensemble des projetés de \(O\) sur les plans tangents à \(S\).

1. Reconnaître \(S\).

2. Étudier \(\Sigma\). Tracer sa méridienne.

3. Calculer le volume intérieur à \(\Sigma\).

[planches/ex4731] polytechnique MP 2019 Décrire et représenter \(\{(x,y,z)\in\mathbf{R}^3\ ;\ x^2+y^2+z^2-2xz=1,\ x+z=0\}\).

[concours/ex3817] centrale M 1992 Trouver les nappes de \(\mathbf{R}^3\) sous la forme \[M=O+x\,\mathchoice{\overrightarrow{i}}{\overrightarrow{i}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle i}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle i}}+y\,\mathchoice{\overrightarrow{j}}{\overrightarrow{j}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle j}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle j}}+f(x,y)\,\mathchoice{\overrightarrow{k}}{\overrightarrow{k}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle k}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle k}}\] telles que le point \(P\), intersection de la normale en \(M\) avec le plan \(z=0\) vérifie \(\mathchoice{\overrightarrow{OM}}{\overrightarrow{OM}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OM}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OM}}\cdot\mathchoice{\overrightarrow{OP}}{\overrightarrow{OP}}{\scriptstyle \overrightarrow{\scriptstyle OP}}{\scriptscriptstyle \overrightarrow{\scriptscriptstyle OP}}=0\). Montrer que parmi les solutions figurent certaines portions de quadriques.

[oraux/ex9531] polytechnique MP 2016 Tracer dans \(\mathbf{R}^3\) les surfaces d’équations \(x^2+y^2-z^2=1\), \(x^2+y^2-z^2=-1\).

[concours/ex3348] centrale M 1993 Discuter la nature et comparer les coniques : \[\left\{\begin{array}{rcl} (ax+by)^2+(a'x+b'y)^2 &=& c\\ (ax+a'y)^2+(bx+b'y)^2 &=& c, \end{array}\right.\] puis les quadriques : \[\left\{\begin{array}{rcl} (ax+by+cz)^2+(a'x+b'y+c'z)^2+(a''x+b''y+c''z)^2 &=& d\\ (ax+a'y+a''z)^2+(bx+b'y+b''z)^2+(cx+c'y+c''z)^2 &=& d. \end{array}\right.\]

[concours/ex1551] centrale MP 1998

1. On considère l’ellipse d’équation \(\displaystyle{x^2\over a^2}+{y^2\over b^2}=1\) dans un repère orthonormé. Condition nécessaire et suffisante sur \((a,b)\) pour que l’excentricité \(e\) de cette ellipse soit égale à \(\displaystyle{\sqrt2\over2}\) ?

2. On considère le paraboloïde d’équation \(x^2+y^2=2pz\) dans un repère orthonormé. Lieu des centres des ellipses tracées sur le paraboloïde et d’excentricité \(e=\displaystyle{\sqrt2\over2}\) ? Lieu des foyers de ces ellipses.

   Indication : déterminer d’abord des propriétés géométriques des ensembles cherchés.

[fct.R2/ex0465] Montrer que l’intersection des deux surfaces : \[x^2+3y^2-z^2+3x=0\qquad\hbox{et}\qquad2x^2+6y^2-2z^2-4y=3\] est une courbe plane.

[fct.R2/ex1157] Trouver la surface \(S\) engendrée par les droites rencontrant perpendiculairement \((Oz)\) et s’appuyant sur \(\Gamma\) : \[\Gamma\ \left\{\begin{array}{l}x^2+y^2+z^2=a^2\\ x^2+y^2-ax=0\end{array}\right.\]

[fct.R2/ex0996] Représenter et reconnaître la surface d’équation : \[x^2+y^2+z^2-4x+6y+2z-2=0.\]

[concours/ex3816] centrale M 1992 Déterminer le tétraèdre de volume maximal inscrit dans une sphère de rayon \(R\), calculer son volume en fonction de \(R\). Reprendre l’exercice en remplaçant la sphère par un ellipsoïde.

[fct.R2/ex0989] Représenter et reconnaître la surface d’équation : \[z=4x^2-y^2.\]

[oraux/ex1882] centrale MP 2010 Trouver un plan passant par l’origine dont l’intersection avec l’ellipsoïde d’équation \(\displaystyle{x^2\over a^2}+{y^2\over b^2}+{z^2\over c^2}=1\) (où \(a>b>c\)) soit un cercle.

[concours/ex4047] polytechnique pox P 1990 Nature de la surface d’équation : \[(x+y)(y-z)+3x-5y=0.\]

[concours/ex3346] centrale M 1993

1. Soit \(E\) un espace euclidien de dimension finie \(n\), et \(u\) un endomorphisme symétrique de \(E\). On pose : \[\mathscr{C}=\{x\in E\mid(u(x)\mid x)=0\}.\] Montrer que \(\mathscr{C}\) contient une base orthonormée si, et seulement si, \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits u=0\).

2. Dans l’espace affine euclidien \(\mathbf{R}^3\), on considère la parabole \((\mathscr{P})\) : \(y^2=2px\), \(z=0\). Déterminer les points \(M\) de l’espace tels qu’il passe par \(M\) trois droites orthogonales s’appuyant sur \((\mathscr{P})\).

[oraux/ex9476] ccp PSI 2013 Dans \(\mathbf{R}^3\) euclidien standard, déterminer les points équidistants des droites \(3x+2z-1=y=0\) et \(x=z=0\).

[fct.R2/ex0990] Représenter et reconnaître la surface d’équation : \[x^2+z^2=y^2.\]

[fct.R2/ex0998] Représenter l’ensemble des points de l’espace dont les coordonnées vérifient le système : \[\left\{\begin{array}{rcl} x^2+y^2+z^2&=&1\\ x^2+y^2&=&z^2\end{array}\right.\]

[oraux/ex5778] centrale PC 2012 Dans \(\mathbf{R}^3\), soient \((S)\) d’équation \(x^2+y^2+z^2=1\), \((\Sigma)\) d’équation \(x^2+y^2-2x=0\), et \(({\cal C})\) l’intersection de \((S)\) et de \((\Sigma)\).

1. Préciser la nature de \((S)\) et de \((\Sigma)\).

2. Montrer que tout point de \(({\cal C})\) est régulier.

3. Déterminer les projections orthogonales de \(({\cal C})\) sur les plans \((x=0)\), \((y=0)\) et \((z=0)\).

[fct.R2/ex0462] Identifier la surface d’équation \(x^2+4z^2=2y\).

[fct.R2/ex0457] Trouver les points où la droite \(\displaystyle{x-6\over3}={y+2\over-6}={z-2\over-4}\) coupe l’ellipsoïde \(\displaystyle{x^2\over81}+{y^2\over36}+{z^2\over9}=1\).

[concours/ex0478] centrale MP 1996 Soit \(\Sigma\) la surface d’équation \((x^2+y^2)z^2=a^2y^2\), \(a>0\) fixé.

1. Déterminer les droites incluses dans \(\Sigma\).

2. Montrer que toutes ces droites sont tangentes à deux sphères.

3. Déterminer les courbes tracées sur \(\Sigma\) orthogonales à ces droites.

[concours/ex2549] centrale M 1995 Nature de la surface \(\Sigma\) d’équation \(2xy-xz+2yz=0\). Déterminer son intersection avec le plan \(x+y+z=0\). La surface \(\Sigma\) contient-elle des cercles ?

[oraux/ex9505] centrale PSI 2014 Soit \((a,b)\in(\mathbf{R}_+^*)^2\). Nature de la surface d’équation \(a^{xy}=b^z\) ?

[fct.R2/ex0460] Identifier la surface \(9x^2-y^2+16z^2=144\).

[oraux/ex4414] centrale PC 2011 On munit \(\mathbf{R}^3\) de sa structure euclidienne canonique orientée. Soit \(\varepsilon=(\varepsilon_1,\varepsilon_2,\varepsilon_3)\) la base canonique. Soit \(\Sigma\) la surface d’équation \(x^2-2yz+4z^2=1\) dans la base canonique.

1. Montrer qu’il existe une base orthonormée directe \(e=(\varepsilon_1,e_2,e_3)\) dans laquelle l’équation de \(\Sigma\) est \(X^2+\alpha Y^2+\beta Z^2=1\).

2. Déterminer l’angle de la rotation \(r\) d’axe dirigé par \(\varepsilon_1\) telle que \(r(\varepsilon_2)=e_2\) et \(r(\varepsilon_3)=e_3\).

3. Déterminer l’intersection de \(\Sigma\) et du plan d’équation \(x=0\). Quelle est la nature de cette courbe ? son excentricité ?

[planches/ex8820] centrale PC 2022 On fixe un réel \(a>0\) et on considère \(E=\{(x,y,z)\in\mathbf{R}^3\ ;\ 4x^2+2y^2+z^2=16a^2\}\).

1. Montrer que l’ensemble \(\Gamma\) des points de \(E\) en lesquels le plan tangent passe par le point \(A=(0,4a,4a)\) est une courbe plane.

2. On note \(L\) l’intersection de \(E\) avec le plan d’équation \(z=2a\sqrt2\). Montrer qu’une représentation paramétrique de \(L\) est \(t\longmapsto(a\sqrt2\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits t,2a\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits t,2a\sqrt2)\).

3. Donner une représentation paramétrique de la réunion \(S\) des normales à \(E\) rencontrant \(L\). Préciser l’intersection de \(S\) avec le plan d’équation \(z=0\).