Symétrie dans le plan
Colle de mathématiques
Sujet de colle de maths:- ProjecteursProjecteurs dans des espaces vectoriels
- Applications linéairesApplications linéaires
Énoncé du sujet
L'application
,
est-elle une projection ou une symétrie ? Préciser ses caractéristiques.


Correction
est tout d'abord une application linéaire puisque pour
et
dans
, et
, on a
et:
![\[\begin{array}{lcl}
f(u+v)&=&\bigr( (x+x')+3(y+y'), -(y+y')\bigl)\\[.4em]
&=&\big(x+3y+x'+3y', -y-y'\bigr)\\[.4em]
&=&(x+3y,-y)+(x'+3y', -y')\\[.4em]
&=&f(u)+f(v).
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/7.png)
et avec
,
![\[\begin{array}{lcl}
f(\lambda u)&=&(\lambda x+3\lambda y, -\lambda y)\\[.4em]
&=&\bigl(\lambda(x+3y),-\lambda y\bigr)\\[.4em]
&=&\lambda(x+3y,-y)\\[.4em]
&=&\lambda f(u).
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/9.png)
Ainsi,
est un endomorphisme de
.
Un projecteur et une symétrie sont caractérisés par
:
soit
et alors
est un projecteur, soit
et
est une symétrie.
Ici, pour
, on a
puis,
![\[\begin{array}{ll}f^2(u)&=f(f(u))\\[.3em]
&=f(X,Y)\\[.3em]
&=f(X+3Y,-Y)\\[.3em]
&=\bigl((x+3y)+3\tm(-y),-(-y)\bigr)\\[.3em]
&=(x,y)\\[.3em]
&=f(u)\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/19.png)
ce qui montre donc que
est donc une symétrie.
L'axe de la symétrie est invariant par
,
soit
donc
![\[\la\begin{array}{rcl}x+3y&=&x\\-y&=&y\enar\right.\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/23.png)
ce qui nous donne
, équation de la droite dans le plan
qui est l'axe de la symétrie, ou encore, en d'autres termes
est une symétrie d'axe
.
La direction
est donnée par la relation
, soit, avec
,
![\[\la\begin{array}{rcl}x+3y&=&-x\\-y&=&-y\enar\right.\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/31.png)
qui donne cette fois
, et donc
.
Correction






![\[\begin{array}{lcl}
f(u+v)&=&\bigr( (x+x')+3(y+y'), -(y+y')\bigl)\\[.4em]
&=&\big(x+3y+x'+3y', -y-y'\bigr)\\[.4em]
&=&(x+3y,-y)+(x'+3y', -y')\\[.4em]
&=&f(u)+f(v).
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/7.png)
et avec

![\[\begin{array}{lcl}
f(\lambda u)&=&(\lambda x+3\lambda y, -\lambda y)\\[.4em]
&=&\bigl(\lambda(x+3y),-\lambda y\bigr)\\[.4em]
&=&\lambda(x+3y,-y)\\[.4em]
&=&\lambda f(u).
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/9.png)
Ainsi,


Un projecteur et une symétrie sont caractérisés par





Ici, pour


![\[\begin{array}{ll}f^2(u)&=f(f(u))\\[.3em]
&=f(X,Y)\\[.3em]
&=f(X+3Y,-Y)\\[.3em]
&=\bigl((x+3y)+3\tm(-y),-(-y)\bigr)\\[.3em]
&=(x,y)\\[.3em]
&=f(u)\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/19.png)
ce qui montre donc que

L'axe de la symétrie est invariant par


![\[\la\begin{array}{rcl}x+3y&=&x\\-y&=&y\enar\right.\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/23.png)
ce qui nous donne




La direction



![\[\la\begin{array}{rcl}x+3y&=&-x\\-y&=&-y\enar\right.\]](/Generateur-Devoirs/Colles/Applin/exSplan_c/31.png)
qui donne cette fois


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