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DĂ©veloppable des tangentes

En mathĂ©matiques, et plus prĂ©cisĂ©ment en gĂ©omĂ©trie euclidienne, une dĂ©veloppable des tangentes est une surface rĂ©glĂ©e obtenue comme rĂ©union des tangentes Ă  une courbe de l'espace. Cette courbe est alors l'arĂȘte de rebroussement de la surface.

DĂ©veloppable des tangentes, avec arĂȘte de rebroussement en rouge et quelques tangentes Ă  cette courbe tracĂ©es. La surface est la rĂ©union de toutes ces tangentes.

Description

Représentation paramétrique

Si une courbe réguliÚre (C) est donnée par une représentation paramétrique

la surface (S) engendrée par les tangentes à cette courbe est la surface paramétrée par :

Il s'agit par construction d'une surface rĂ©glĂ©e, puisque rĂ©union de droites — les tangentes Ă  la courbe — qui sont donc les gĂ©nĂ©ratrices de la surface.

Propriétés géométriques

Une dĂ©veloppable des tangentes est dĂ©veloppable, ce qui signifie mathĂ©matiquement qu'en deux points rĂ©guliers de cette surface situĂ©s sur une mĂȘme gĂ©nĂ©ratrice, les plans tangents sont identiques, et plus intuitivement qu'elle peut ĂȘtre mise Ă  plat sans ĂȘtre Ă©tirĂ©e[1].

Il s'agit Ă©galement de l'enveloppe des plans osculateurs Ă  la courbe (C)[2].

ArĂȘte de rebroussement

Tout point M(u,0) de la courbe est un point non régulier de la surface. En effet, sont des vecteurs colinéaires. Réciproquement, si la courbe est biréguliÚre, tout point non régulier pour la surface est nécessairement un point de la courbe.

Étant donnĂ© une surface rĂ©glĂ©e dĂ©veloppable, est-elle la dĂ©veloppable des tangentes d'une courbe de l'espace ? La rĂ©ponse est nĂ©gative, puisque les cĂŽnes et les cylindres ne sont pas des dĂ©veloppables des tangentes Ă  une courbe. Mais l'on peut Ă©tablir que toute surface dĂ©veloppable est constituĂ©e de parties de cĂŽnes, de cylindres, et de tangentes Ă  des courbes gauches, qui se recollent le long d'une gĂ©nĂ©ratrice avec un mĂȘme plan tangent[3].

En gĂ©nĂ©ralisant la dĂ©finition pour inclure les cĂŽnes comme dĂ©veloppable des tangents Ă  un courbe rĂ©duite Ă  un point, et les cylindres comme dĂ©veloppable des tangentes d'un courbe rĂ©duite Ă  un point Ă  l'infini, toute surface dĂ©veloppable est localement la dĂ©veloppable des tangentes Ă  l'enveloppe de ses gĂ©nĂ©ratrices. Cette courbe s'appelle l'arĂȘte de rebroussement de la surface, et les plans tangents Ă  la surface sont les plans osculateurs Ă  l'arĂȘte de rebroussement[4].

Références

  1. Mathieu Perriollat, ParamĂ©trisation et reconstruction des surfaces dĂ©veloppables Ă  partir d’images (thĂšse de doctorat (Vision pour la robotique)), , 138 p. (lire en ligne), chap. 3 (« Surfaces dĂ©veloppables »), p. 15-20.
  2. Robert Ferréol, « Développable des tangentes à une courbe », sur www.mathcurve.com
  3. Paulette Libermann, « Géométrie différentielle classique : AlgÚbre, analyse, géométrie », dans Dictionnaire des mathématiques, AlgÚbre, analyse, géométrie, Albin Michel & EncyclopÊdia Universalis, , 924 p. (ISBN 978-2-226-09423-0), p. 508.
  4. Robert FerrĂ©ol, « ArĂȘte de rebroussement d'une surface dĂ©veloppable », sur www.mathcurve.com
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