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L'objet du problème est la recherche de lieux géométriques conduisant à l'étude de courbes planes (appelées en général cubiques circulaires). Les parties I et II donnent deux exemples de telles courbes. Dans la troisième partie, on considère le cas général. Dans toute la suite, le plan est rapporté à un repère orthonormé d'origine notéeO, d'axesOxetOyet on désigne paraun nombre réel strictement positif donné.
PARTIE I On désigne parDla droite d'équationx=2aet parCle cercle de centreM0(–2a, 0), de rayon 2a. Pour tout nombre réelθ, on désignera par : *H(θ) le point d'intersection, lorsqu'il existe, de la droite d'angle polaireθet de la droiteD. *M(θ) le point d'intersection de la droite d'angle polaireθ etdu cercleCla convention que (avec lorsqu'il y a deux points d'intersection,M(θ) désigne le point d'intersection distinct deO).
1°)Etude de la strophoïde droite a) Donnerune équation cartésienne, puis une équation polaire du cercleC. b) Déterminerdes coordonnées polaires deM(θ) etH(θ), puis du milieuI(θ) du segment [M(θ),H(θ)]. En déduire, lorsqueθvarie, queI(θ) décrit la courbe d'équation polaire : cos(2θ) r(θ)=a. cos(θ) c) Exprimerr(θ+ 2), r(+θ),r(–θ) en fonction der(θ). Interpréter géométriquement ces résultats et indiquer sur quelle partieEde IR il suffit d'étudier la courbe pour obtenir la totalité de son support. d) Déterminerla limite der(θ)sin(θ/2) lorsqueθtend vers/2. Qu'en déduit-on géométriquement? e) Etudierle signe der(θ) pourθE, représenter sur une même figure la droiteD, le cercleC, et le support de cette courbeθI(θ). f) Calculerl'aire de la boucle délimitée par la courbeθI(θ). g) Donnerenfin une équation cartésienne du support de la courbeθI(θ).
PARTIE II On désigne parDla droite d'équationx= 2aet parCle cercle de centreM0(–a, 0), de rayona. Pour tout nombre réelt, on désignera par : *H(t) le point d'intersection de la droite d'équationy=txet de la droiteD. *M(t) le point d'intersection de la droite d'équationy=txet du cercleC(avec la convention que lors-qu'il y a deux points d'intersection,M(t) désigne le point d'intersection distinct deO).
2°)Etude de la cissoïde droite a) Donnerune équation cartésienne du cercleC. b) Déterminerles coordonnées deM(t) etH(t), puis du milieuJ(t) du segment [M(t),H(t)]. c) Déterminerle vecteur-dérivé à la courbetJ(t), puis en déduire les points stationnaires (c'est à dire non réguliers) de celle-ci et calculer le second vecteur dérivé au point de paramètret= 0. 2 3 En déduire que la tangente à la courbetJ(t) au pointJ(t0) a pour équationt0(t0+ 3)x– 2y=at0. d) Dresserle tableau des variations des coordonnéesx(t),y(t) du pointJ(t) pourtIR+, et représenter sur une même figure la droiteD, le cercleC, et le support de cette courbetJ(t). e) Donnerenfin une équation cartésienne du support de la courbetJ(t).
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