NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

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   CERCLE

 

Débutants

Général

Surface - Aire

 

Glossaire

Général

 

 

INDEX

Cercle

Cercle – Disque

Secteur

Segment

Croissant

Lunule

Densité

 

Sommaire de cette page

>>> Aire du poisson

>>> Lunule et Pythagore

>>> Lunule d'Hippocrate

>>> Lunules fractales

>>> Lunule générale – Rayon unique

>>> Lunule générale – Rayons différents

>>> Anglais

 

 

 

 

LUNULES ou croissants de Lune

aussi: lentilles ou ménisques

 

 La lunule est l'une des surfaces qui apparait lorsque deux cercles lunaison la partie de lune éclairée par le soleil varie au cours des 29,5 joursidentiques se coupent.

*      Les lunules donnent une relation sympathique entre l'aire d'une surface courbe et celle d'une surface triangulaire.

*      Elles semblaient être une piste intéressante pour résoudre la quadrature du cercle.

 

Note: La lunule est la tache claire située sur la base de chaque ongle, sutout visible sur le pouce.

 

En photographie, un objectif ménisque est un objectif constitué d'une seule lentille convergente. Ici, ménisque convergent.

Voir Optique

 

 

Devinette – Aire du poisson

Un carré (bleu) de côté a.

Un grand quart de cercle

(A; R = a)

Deux petits demi-cercles

(M et N; R = a/2)

 

La figure jaune qui ressemble à un poisson est partagée en deux parties dont vous devez comparez les aires. Calculez également l'aire du poisson jaune.

Solution

 

 

 

Lunule et Pythagore

 

*      Un triangle rectangle ABC.

*      Un demi-cercle ayant pour diamètre chacun des côtés.

*      Rappel sur l'aire du cercle

*      Aire de chacun des demi-cercles:

*    Cercle en A':    a² / 8

*    Cercle en B':    b² / 8

*    Cercle en C':    c² / 8

*      La somme des deux petits-demi-cercles en A' et B' vaut:

 a² / 8 +  b² / 8

=   / 8 (a² + b²)

=   / 8 c²

= Aire du demi-cercle en C'

 

Notes: la figure est plus jolie avec des demi-cercles, mais on aurait exactement la même relation avec les cercles complets.

En puriste, on aurait dû dire aire des demi-disques plutôt que demi-cercles.

 

Théorème de Pythagore:

a² + b² = c²

 

Cette propriété montre que la somme des aires des demi-cercles mauves est égale à l'aire du demi-cercle bleu.

 

 

Lunule d'Hippocrate

 

*      Selon la propriété énoncée ci-dessus: l'aire des deux petits demi-cercles (DcB et DcC) est égale à celle du grand demi-cercle (DcA). On écrit en abrégé:

 

DcB + DcC = DcA

DcB + DcCDcA = 0

 

 

*      On souhaite calculer la somme des deux lunules (LuB + LuC), sorte de croissants de lune en mauve:

 

LuB + LuC

= la figure au dessus de CB moins le demi grand cercle, égal à DcA

= DcB + DcC + Tr – DcA

 

*      Les trois termes en Dc s'annulent:

   

LuB + LuC = Tr

 

En termes d'aires:

Lunules = petits demi-cercles + triangle auquel on retire le grand demi-cercle.

 

Bilan:

L'aire des deux lunules est égale à celle du triangle rectangle.

Voir Hippocrate et ses contemporains

 

Cas du carré

Sur cette figure l'aire des quatre lunules (bleues) est égale à l'aire du carré central (l'ocre ou le mauve).

 

Cela résulte de la propriété énoncée ci-dessus. Le triangle étant aussi isocèle et la figure est doublée vers le bas par symétrie.

L'égalité entre aires originaires de cercles et de carrés avait laissé penser que la solution de la quadrature du cercle était là, sous-jacente.

 

 

 

Lunules fractales

 

*      Sur chaque côté du triangle (T1), on a dessiné un demi-cercle (1, 2, 3). Et nous avons trouvé que l'aire du plus grand est égale à la somme des aires des deux petits. En abrégé: 1 = 2 + 3.

*      Dans chaque demi-cercle, nous pouvons dessiner un nouveau triangle rectangle (T10, T20 et T30) et, les demi-cercles sur leurs côtés (10, 11, 20, 21, 30 et 31).

*      Or, en abrégé: 10 + 11 = 1; 20 + 21 = 2; 30 + 31 = 3

*      En reprenant la première égalité: 1 = 2 + 3

10 + 11 =  20 + 21+ 30 + 31

Aire bleue = aire verte

*      Il est possible de répéter cette opération autant de fois que l'on veut, à la manière des fractales.

 

 

 

 

LUNULE générale – Rayon unique

 

*      Deux cercles de même rayon se coupent. Quelle est l'aire de chacune des lunules ainsi formées?

*      La figure montre:

*    En haut à gauche, la découpe des deux cercles; la lunule est en jaune.

*    En haut à droite, les notations avec le réparége de quatre surfaces élémentaires

*    En bas, sont isolés, le secteur de centre O' et le segment de centre O.

 

Secteur

Segment

Différence

Lunule

SecO'

SegO

SecO' – SegO

1

= 1 + 2

= 2 + 3

= 1 – 3

= SecO' – SegO + 3

Angles

AOB

AO'B

=

= 2  

Aire secteur

Aire segment

Aire du losange

ASecO'

ASegO

ALos

= ½ R² (2   )

= ½ R² ( – sin ) 

= R² sin

Aire de la lunule

ALunule

= ½ R² (2   )

– ½ R² ( – sin )

+ ½ R² sin

=     R² (    + sin )

          

Quelques valeurs

 

*      Si d = R, les deux cercles sont tangents et la lunule devient un cercle complet.

 

 

 

LUNULE générale – Rayons différents

Lunule

ALun

= Aire MBN – Aire MCN

Secteurs

Aire MBN

 

Aire MCN

Bilan

L'expression avec R, R' et d n'est pas simple!

Voir la page Lune de Wolfram

Voir Aire de la lentille

 

 

 

English corner

 

*    A lune is a plane figure bounded by two circular arcs of unequal radii, i.e., a crescent.

*    A plane figure bounded by two circular arcs of equal radius is known as a lens.
 

 

 

Devinette – Solution

Aire du poisson

Le calcul repose sur le constat que l'aire de A est égale l'aire du grand quart de cercle (R = a) auquel on retire deux fois l'aire du petit demi-cercle (R = a/2), mais en tenant compte que l'aire de B est comptée une fois de trop.

 

Aire A  = Aire B

 

Calcul de l'aire de B (aire du pétale)

Retour

 

 

 

 

Retour

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*   Densité

*    Quadrature du cercle.

Voir

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