Un défi par semaine
Novembre 2019, 1er défi
El
1ro noviembre 2019
- Escrito por
Ana Rechtman
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Nous vous proposons un défi du calendrier mathématique chaque vendredi et sa solution la semaine suivante. Le calendrier 2020 est en vente !
Semaine 44
Sans lever le crayon, dessiner $4$ segments de droites qui passent par les $9$ points.

Enoncé
La solution est $\dfrac{1}{4}$.
Il s’agit d’un problème de probabilité géométrique qui se résout en calculant des aires de régions dans le plan. En choisissant au hasard deux nombres $a$ et $b$ avec $0 < a < b < 1$, notre espace de probabilité est:
\[
\Omega= \{(a,b) \, \text{dans le plan} \quad \text{tels que} \quad 0 < a < b < 1\},
\]
c’est-à-dire l’ensemble des couples $(a,b)$ situés dans le triangle $\Omega$:

Notons que l’aire de $\Omega$ est $\frac{1}{2}$. En coupant le câble en deux points $a$ et $b$, nous obtenons trois segments: le premier de longueur $a$, le second de longueur $b-a$, et le troisième de longueur $1-b$. Une condition nécessaire et suffisante pour pouvoir former un triangle est que ces trois segments satisfassent l’inégalité du triangle dans tous les ordres possibles, c’est-à-dire:
\[
\begin{eqnarray}
a+(b-a) & \geq & (1-b) \quad \text{c'est-à-dire} \qquad b \geq\frac{1}{2}\label{ecfed1} \\
a+(1-b) & \geq & (b-a) \quad \text{c'est-à-dire} \qquad b \leq\frac{2a+1}{2} \label{ecfed2} \\
(b-a)+(1-b) &\geq &a \;\quad\qquad \text{c'est-à-dire} \qquad a \leq \frac{1}{2}.
\label{ecfed3}
\end{eqnarray}
\]
La région $A$ de $\Omega$ qui satisfait aux équations (1), (2) et (3) est:
\[
A=\left\{(a,b)\,\text{dans} \, \Omega \quad \text{tel que} \quad a\leq\frac{1}{2}, \quad
b\geq\frac{1}{2} \quad \text{et} \quad b\leq \frac{2a+1}{2}\right\}.
\]
Sur un graphique, cela donne:

$A$ est un triangle totalement inclus dans le triangle $\Omega$ et d’aire $\frac{1}{8}$. Donc la probabilité de former un triangle est:
$$
P(\text{Former un triangle})=\frac{ \text{Aire de $A$}}{\text{Aire de
$\Omega$}}=\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{4}.
$$
Post-scriptum : Calendrier mathématique 2019 - Sous la direction d’Ana Rechtman, avec la contribution de Nicolas Hussenot - Textes : Claire Coiffard-Marre et Ségolen Geffray. 2018, Presses universitaires de Grenoble. Tous droits réservés.
Disponible en librairie et sur www.pug.fr
Para citar este artículo:
Ana Rechtman
— «Novembre 2019, 1er défi» — Images des Mathématiques, CNRS, 2019
Comentario sobre el artículo
Novembre 2019, 1er défi
le 1ro de noviembre de 2019 à 17:04, par Hébu