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PODAIRE D'UNE COURBE
Pedal
of a curve, Fusspunktkurve einer Kurve
Notion étudiée par Roberval en 1693, Maclaurin
en 1718, Steiner en 1840, Terquem qui a donné le nom en 1847.
Du grec, pous, podos "pied". |
Si M0 est le point
courant de ,
le point courant M de la podaire est défini par
ce qui donne :
en cartésien, en complexes, et en polaire, avec ; on a alors (voir les notations). Si l'équation tangentielle de est f(u, v, w) = 0 (ce qui signifie que f(u, v, w) = 0 est une condition pour que la droite soit tangente à ), l'équation polaire de la podaire par rapport à O est et son équation cartésienne est . Si l'équation podaire de la courbe est : , celle de sa podaire est : . |
La (courbe) podaire d'une courbe
par rapport à un point O (ou de pôle O) est
le lieu des pieds des perpendiculaires issues de O aux tangentes
à la courbe .
C'est donc aussi l'enveloppe des cercles de diamètre [OM0], M0 décrivant (propriété donnant une construction de la normale donc de la tangente à la podaire). |
Démontrez que ! |
C'est enfin l’inverse
par rapport à tout cercle de centre O de la polaire
de par
rapport à ce cercle.
La podaire est homothétique de l'orthotomique.
La courbe dont une courbe est la podaire s'appelle l'antipodaire.
Exemples :
- Il y a identité entre les podaires de parabole par rapport à un point autre que le foyer, les courbes cissoïdales d’un cercle et d’une droite relativement à un point du cercle, et les cubiques circulaires rationnelles ; plus précisément : la podaire par rapport à O de la parabole de foyer F et de tangente au sommet (T) est la courbe cissoïdale de pôle O du cercle de diamètre [OF] et de la droite (D) image de (T) par la translation de vecteur .
- Il y a identité entre les podaires de conique
à centre, les courbes cissoïdales
de deux cercles relativement à un point d’un des cercles, et les
quartiques
bicirculaires rationnelles.
Autres exemples regroupés en tableau :
antipodaire
(ou orthocaustique) |
pôle (position par rapport à l'antipodaire) | pôle (position par rapport à la podaire) | podaire |
droite | quelconque | quelconque | point (projeté du pôle sur la droite) |
parabole | foyer | extérieur à la droite | droite (tangente au sommet de la parabole) |
" | autre que le foyer | point singulier | cubique circulaire rationnelle |
" | à l'intérieur de la parabole | point isolé | cubique circulaire rationnelle acnodale |
" | sur la partie interne de l'axe de la parabole | cubique de Sluze | |
" | au milieu du segment [SF] | point isolé | visiera |
" | sur la parabole | point de rebroussement | cissoïde |
" | au sommet | point de rebroussement | cissoïde droite |
" | à l'extérieur de la parabole | point double | cubique circulaire rationnelle crunodale |
" | sur la tangente au sommet | point double | ophiuride |
" | sur la directrice | point double | strophoïde |
" | pied de la directrice | point double | strophoïde droite |
" | symétrique du foyer par rapport à la directrice | point double | trisectrice de Maclaurin |
conique à centre | foyer | extérieur au cercle | cercle (principal de la conique) |
" | différent du foyer | point singulier réel | quartique
bicirculaire rationnelle
s'obtenant par antiparallélogramme articulé |
" | centre | point singulier réel | courbe de Booth |
cercle | extérieur au cercle | point double | limaçon de Pascal à boucle |
" | sur le cercle | point de rebroussement | cardioïde |
" | intérieur au cercle | point isolé | limaçon de Pascal sans boucle |
" | centre | centre | même cercle |
hyperbole équilatère | centre | point double | lemniscate de Bernoulli |
cubique de Tschirnhausen | foyer (au 8/9 ème du segment [point double, sommet]) | foyer | parabole |
cissoïde de Dioclès | point de coordonnées (4a, 0) | sommet | cardioïde |
cardioïde | point de rebroussement | sommet de la boucle | sextique de Cayley |
cardioïde | centre du cercle conchoïdal | sommet de la boucle | limaçon trisecteur |
cardioïde | point de coordonnées (-a,0) | point triple | néphroïde de Freeth |
deltoïde | quelconque | folium | |
deltoïde | à l'intérieur de la deltoïde | trifolium | |
deltoïde | sur un axe de symétrie de la deltoïde | folium droit | |
deltoïde | sur la deltoïde | bifolium | |
deltoïde | centre | trifolium régulier | |
deltoïde | point de rebroussement | folium simple | |
deltoïde | sommet | bifolium régulier | |
cycloïde à centre | centre | centre | rosace |
astroïde | quelconque | scarabée | |
astroïde | centre | centre | rosace à quatre branches |
paracycloïde | centre du repère | pôle | spirale |
hypercycloïde | centre du repère | pôle | spirale |
spirale sinusoïdale de paramètre n = –1/m | centre | centre | spirale sinusoïdale de paramètre n/(n+1) = –1/(m–1) |
spirale logarithmique | centre | centre | spirale logarithmique |
développante de cercle | centre | centre | spirale d'Archimède |
spirale hyperbolique | centre | centre | spirale tractrice |
spirale de Norwich | centre | centre | spirale de Galilée |
croix de malte | centre | centre | oeuf double |
courbe de Talbot | centre | centre | ellipse |
développée de conique à centre | foyer | courbe de Jerabek |
Citons le beau théorème de Steiner-Habich
:
Si une courbe (C) roule sur une droite (D), et si (R) est la roulette décrite par un point M du plan de cette courbe, alors on peut faire rouler un exemplaire de la podaire (P) de (C) par rapport à M sur (R), de sorte que le point M décrive la droite (D). Le couple ((R), (P)) est alors un couple roue-route. Voir de très nombreux exemples sur ce dernier lien. |
Ainsi que cet autre théorème
de Steiner (1825) :
Le lieu des points par rapport auxquels la podaire d'une courbe fermée possède une aire algébrique donnée sont situés sur un cercle centré au "barycentre de courbure" de la courbe ; ce barycentre est calculé en attribuant aux points de la courbe un poids égal à la courbure en ce point. |
Notons qu'on définit le polygone podaire par rapport à O d'un polygone donné comme le polygone dont les sommets successifs sont les projetés successifs de O sur les côtés (prolongés) successifs du polygone de départ. Cette notion discrète concorde avec la notion continue lorsqu'on fait "tendre" le polygone vers une courbe.
On définit aussi la contre-podaire de par rapport à O comme le lieu des pieds des perpendiculaires issues de O aux normales à . La contre-podaire n'est alors autre que la podaire de la développée.
Voir aussi les surfaces
podaires.
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© Robert FERRÉOL 2020