Philippe 92 a écrit :
> ...avec 12 allumettes [...] les disposer pour entourer une
> aire de 4 Al^2
> Idem avec aire = 3 Al^2 (plusieurs solutions)
On avait le droit de partir de la croix donnée pour obtenir des
angles droits (facile).
Sinon rosab a parfaitement indiqué comment faire pour obtenir
ces angles droits à partir de rien : le célèbre triangle (3,4,5)
Je précise comment faire :
On "tend" 5 allumettes en ligne droite -> segment AB
(règle 1) ["tendre" une ligne de N allumettes, prolonger une droite]
On "tend" une chaine des 3+4 allumettes restantes entre A et B
(règle 2) [sur une base donnée AB "tendre" un triangle de côtés a et b]
Ce qui donne le triangle ABC de côtés 3,4,5, donc rectangle en C,
et notre angle droit.
Cette méthode célèbre de construction d'un angle droit était connue
depuis l'antiquité (la "corde à 12 noeuds")
Ceci nous donne la base pour tous les quadrillages que l'on veut
ou presque, au moins ceux dont on a besoin : par "retournement de
coins", ou "complèter le rectangle par la règle 2".
Bien entendu le nombre 12 d'allumettes et les règles 1 et 2 étaient
choisies "ad hoc" pour ça !!!
On obtient alors les diverses solutions, qui se classent en
différentes familles :
1) Les solutions non connexes, où l'aire demandée est formée de
plusieurs morceaux qui se touchent par un coin.
Avec Aire = 3, Benoit a trouvé très vite une solution, qui peut se
décliner en diverses variantes comme souligné par Olivier :
. +---+ +---+
. | | | |
. +---+---+---+ +---+---+
. | | | | | |
. +---+ +---+ +---+---+
. Olivier | | Benoit
. +---+
et les inclinaisons "pas droites" qui ne sont à priori pas
constructibles et dont nous ne dirons donc rien.
Avec Aire = 4, Benoit a failli trouver une solution avec ses deux
"trapèzes" ratés... s'il avait pensé à en faire des rectangles !!
. +---+---+
. | |
. +---+---+---+---+
. | |
. +---+---+
et variante en L
C'est donc Olivier qui le premier à donné une telle solution :
. +---+
. | |
. +---+---+---+
. | |
. + +---+
. | |
. +---+
et variantes.
2) les solutions connexes, voire même convexes, les plus
intéressantes.
La première solution de cette sorte a été donnée par Olivier sous
forme de parallélogrammes "accrochés" sur l'hypothénuse de notre
triangle (3,4,5)
Comme les figures en art ASCII avec des droites inclinées à
arctan(3/4) ne sont pas une mince affaire, je vais faire comme
Olivier, je ne vais donner que les points d'un quadrillage. (et donner
une figure cjoint aussi :
http://cjoint.com/?BAstc4UvNyy )
On a donc notre triangle ABC (3,4,5) dont l'hypothénuse AB = 5 n'est
pas dessinée ici, mais constituée de 5 bonnes allumettes :
. + + + + + + D
. |
. + + + + N+---+ B
. |
. + + + + + +
. |
. + M+ + + + +
. | |
. +---+---+---+---+---+
. E A C
Je peux (règle 1) prolonger d'une allumette (prise sur AC, BC) les
côtés EA (resp. BD)
Ensuite avec les 1+5 allumettes restantes, hors AB et AE, je
complète le parallélogramme EABN (BN+NE = 1+5, sur BE, règle 2) :
aire = base * hauteur = EA*BC = 3
ou resp. MABD (AM+ME = 1+5, sur AD, règle 2) : aire = BD*AC = 4)
On peut complèter des "kite" ("cerf-volant") à la place en
"renversant" les triangles AEN (resp. AMD) sous la forme 5+1 au
lieu de 1+5 dans la règle 2.
. M' E'
. + + + + +---+ D + + + + + +
. | |
. + + + + + + B + + + + +---+ B
. N
. + + + + + + + + + + + +
.
. + M'+ + + + + + + + + + +
.
. + + + + + + + + + + + +
. A C E A C
. "kite" AM'DB "kite" ABNE'
Les triangles égaux nous donne la même aire que les parallélogrammes.
Mais on peut aussi "retourner" ainsi les triangles sur l'autre
diagonale (BE resp. BM) du parallèlogramme. Les points obtenus ne
sont plus sur le quadrillage et le dessin ASCII impossible.
Enfin pour terminer ce problème on peut, comme le fait rosab,
"rogner" sur l'angle C du triangle ABC d'aire 6. Méthode qui
s'avère d'ailleurs la plus facile à construire :
. + + + + + B
. |
. + + + + +
. |
. + + +---+---+N
. |P
. +---+---+ + +
. A M C
Ou le symétrique.
Les allumettes NC+CM = 1+2 sont simplement "retournées" en NPM
Le point P est bien intérieur à ABC car 3/4 > 1/2
Donnant l'aire AMPNB = 6 - 2 = 4
On peut retourner ensuite le sommet N pour obtenir :
. + + + + + B
. |
. + + + +---+U
. |N'
. + + +---+V
. |P
. +---+---+ + +
. A M C
N' est à l'intérieur car 4/3 > 1/1
Et l'aire ABUN'VPM = 6 - 3 = 3
Ainsi s'achève ce problème d'aires.
> ===========
> Avec 9 allumettes, former 2 triangles et 3 carrés
Quant au dernier problème considéré, il suffisait d'une vision dans
l'espace pour imaginer le prisme triangulaire droit, ou mis à plat sur
une de ses faces carrées : la "tente" de Jacques.
Solutions par Jacques (Mathon) et Olivier.
Comme l'équilibre est instable, on peut coller les bouts des
allumettes à la superglue (pas les doigts).
On forme deux carrés côte à côte (from croix ou 3,4,5) et on colle
les allumettes d'un d'eux, que l'on peut alors redresser dans
l'espace, et poser sur la troisième allumette du triangle d'une face
de bout. Et on termine par la 9ème allumette.
Cet échaffaudage est ainsi "allumette constructible".
(l'indice donné se résoud de même dans l'espace avec un tétraèdre
formé des 6 allumettes = 4 triangles)
Merci à tous les participants, et bravo !