Solution énigme n°8 – Les lunettes de Jean

On considère un triplet pythagoricien (a, b, c), c’est-à-dire trois entiers a, b, c tels que c2=a2+b2 et C le cercle inscrit au triangle ABC rectangle en A où AB = b, AC = a et BC = c.

Le rayon du cercle inscrit C est alors donné par la relation

r = (b+a-c)/2

Remarque : Notons que puisque le triplet (a,b,c) est pythagoricien alors les parités des entiers a, b et c font que l’entier b+a-c est un entier pair.

triangle

Preuve : Notons O le centre et r le rayon du cercle C inscrit au triangle ABC rectangle en A. Les droites (AB), (AC) et (BC) sont tangentes au cercle C respectivement aux points K, I et J. On en déduit alors que

OI = OJ = OK.

Donc, OIAK étant un quadrilatère avec trois angles droits et deux côtés consécutifs de même longueur (OI = OK), on a

AI = r et BK = b-r.

D’autre part, puisque les triangles OKB et OJB sont rectangles, appliquer le théorème de Pythagore permet de montrer que BK = BJ, et donc que BJ = b-r. Le même raisonnement appliqué aux triangles OJC et OIC permet de déduire que JC = IC.

Donc

JC = c-JB = c-(b-r) et JC = IC = a-r.

Donc 2r = b+a-c est un entier pair, ce qui prouve l’assertion de départ.

Dans notre énigme r = 1 donc a, b et c vérifient le système d’équations

2 = b+a-c

c2 = a2+b2.

a = 1, a = 2 sont impossibles et donc a > 2.

On obtient

c = b+(a-2)

2(a-2)b + (a-2)2 = a2

donc

b = 1+a/(a-2).

Puisque a et b sont des entiers naturels alors les seules solutions sont

(a,b,c) = (3,4,5) ou (a,b,c) = (4,3,5).

En effet, b est entier donc 1+a/(a-2) = 2+2/(a-2) est entier d’où 2/(a-2) l’est et les seuls entiers divisant 2 sont 1 et 2.

L’opticien ne pourra alors proposer qu’un seul modèle de lunette…

Énoncé de l’énigme.

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