Intersection de tangentes

Le plan est rapporté à un repère orthonormé (O; veci, vecj).
P est la parabole d'équation y=x^2
D_m est la droite d'équation 8mx-4y+1=0m in RR

1.Montrer que pour tout m in RR, P et D_m se coupent en deux points distincts.
2.On nomme A_m et B_m les points d'intersection de P et de D_m.
Montrer que, pour tout m in RR, les tangentes à P aux points A_m et B_m sont perpendiculaires.
3.

a.Calculer les coordonnées du point d'intersection I_m de ces tangentes.
b.Quel est l'ensemble des points I_m lorsque m décrit RR ?
1.
M(x;y) est un point d'intersection de P et de D_m ssi :
syst(y=x² ; 8mx-4y+1=0

On remplace y par x² dans la seconde équation :
8mx-4x²+1=0
Delta=(8m)²+4*4*1=64m²+16
Delta est strictement positif car il est supérieur à 16.

L'équation a deux solutions:

x_1=(-8m+sqrt(64m²+16))/(-8)=(-8m+4sqrt(4m²+1))/(-8)=m-(sqrt(4m²+1))/2
x_2= m+(sqrt(4m²+1))/2

On a alors y_1=x_1^2 et y_2=x_2^2

P et D_m se coupent donc aux points de coordonnées (m-(sqrt(4m²+1))/2;(m-(sqrt(4m²+1))/2)²) et (m+(sqrt(4m²+1))/2;(m+(sqrt(4m²+1))/2)²)

Conclusion

P et D_m se coupent en deux points distincts.

2.
Le coefficient directeur de la tangente à P au point A_m est f'(x_1). Comme f(x)=x², f'(x)=2x donc:

f'(x_1)=2x_1=2* (m-(sqrt(4m²+1))/2)=2m-sqrt(4m²+1)

Le coefficient directeur de la tangente à P au point B_m est f'(x_2)

f'(x_2)=2x_1=2* (m+(sqrt(4m²+1))/2)=2m+sqrt(4m²+1)

Le produit des coefficients directeurs vaut :

f'(x_1)*f'(x_2)=(2m-sqrt(4m²+1))(2m+sqrt(4m²+1))
f'(x_1)*f'(x_2) = 4m²-(sqrt(4m²+1))^(2)=4m²-4m²-1=-1

Le produit des coefficients directeurs vaut -1 donc :

Conclusion

Les deux tangentes sont perpendiculaires.

3.

a.L'équation de la tangente à la parabole en A_m a pour équation:

y=f'(x_1)(x-x_1)+f(x_1)

c'est à dire

y=2x_1(x-x_1)+x_1^2
y=2x_1x-x_1^2

De même, l'équation de la tangente à la parabole en B_m a pour équation:

y=2x_2x-x_2^2

Pour trouver les coordonnées de l'intersection I_m on résout le système :
syst(y=2x_1x-x_1^2;y=2x_2x-x_2^2)

Par substitution, il est équivalent à :

syst(y=2x_1x-x_1^2;2x_1x+x_1^2=2x_2x-x_2^2)

La deuxième équation donne successivement :

2x_1x-2x_2x=x_1^2-x_2^2
2(x_1-x_2)x=(x_1-x_2)(x_1+x_2)
2x=x_1+x_2

or x_1+x_2=2m+sqrt(4m²+1)+2m-sqrt(4m²+1)=4m
donc l'équation devient:

2x=4m c'est à dire x=2m

En remplaçant x dans la première équation du système on obtient :

y=2mx_1-x_1^2=x_1(2m-x_1)
y=(m+(sqrt(4m²+1))/2)(2m-m-(sqrt(4m²+1))/2)
y=(m+(sqrt(4m²+1))/2)(m-(sqrt(4m²+1))/2)

C'est une identité remarquable:

y=m^2-((sqrt(4m²+1))/2)^2=m^2-(4m^2+1)/4=(4m²-4m²-1)/4=-1/4

Conclusion

Les coordonnées de I_m sont donc (2m;-1/4)

b.Lorsque m décrit RR l'abscisse de I_m décrit RR tandis que son ordonnée est constante et égale à -1/4.

Conclusion

L'ensemble des points I_m lorsque m décrit RR est la droite d'équation y=-1/4

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