mathématiques (PT) · Chapitre 10 · Exercice de TD
Un cylindre et son plan tangent
Courbes et Surfaces · F. Surfaces réglées, de révolution et sections planes · niveau 1 (application)
Énoncé
Soit la surface d'équation dans .
- Montrer que est un cylindre : préciser la direction de ses génératrices et la nature de sa courbe directrice.
- Vérifier que , et déterminer le plan tangent à en .
- Vérifier que ce plan contient la génératrice passant par , puis montrer que tous les points de sont réguliers.
Corrigé
Ce que l'on démontre. Que est le cylindre de génératrices parallèles à s'appuyant sur le cercle de centre et de rayon , que son plan tangent en est le plan , et que ce plan contient bien la génératrice.
1. Un cylindre. L'équation ne fait pas intervenir . Donc si , alors pour tout : la surface contient la droite verticale passant par chacun de ses points. C'est précisément la définition d'un cylindre de génératrices parallèles à , et le cours en donne la caractérisation : l'équation cartésienne est indépendante de .
Sa directrice est la trace dans le plan , d'équation c'est le cercle de centre et de rayon .
2. Le plan tangent en . Posons , de classe . On a , donc . Le gradient vaut Le point est régulier, et le plan tangent est
3. La génératrice, et la régularité. La génératrice passant par est la droite verticale . Tous ses points vérifient : elle est entièrement contenue dans le plan tangent. Ce n'était pas un hasard — la troisième coordonnée du gradient est nulle par construction, puisque ne dépend pas de ; le gradient est donc toujours orthogonal à , la direction des génératrices.
Enfin, exige et ; or le point donne : il n'est pas sur . Aucun point de la surface n'annule donc le gradient : tous les points de sont réguliers. Géométriquement, les points annulant le gradient sont ceux de l'axe du cylindre, qui ne le rencontre pas.