Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

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niko003
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Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 29 Nov 2018, 18:42

Bonjour à tous, je voudrais savoir si il est possible d'utiliser un arc de cercle pour approximer une portion d'ellipse.

Concrètement sur un angle alpha de 20°, () je veux approximer un arc d'ellipse en fixant le centre ( de coordonnées x=0 et y=a (ou y=-a)
Image

Je recherché donc la distance "a" pour laquelle j'ai une approximation quasi parfaite.
ici le petit rayon de l'ellipse est de 67 et le grand de 100.5.

J'ai essayé de chercher avec les différentes équations du cercle et de l'ellipse mais je ne pense pas que je suis sur la bonne piste.
Ou encore j'ai cherche avec les polynômes de bezier mais rien de concret à retenir.

Avez vous des conseils ou pistes?

Merci d'avance pour le temps que vous prenez pour m'aider.
Bonne journée



pascal16
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par pascal16 » 29 Nov 2018, 20:05

avec une équation paramétrique, on trouve le rayon du cercle le plus proche au sens du développement de Taylor.

aviateur

Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par aviateur » 29 Nov 2018, 20:30

Bonjour
Je ne suis pas sûr d'avoir compris la question. Approximer "un arc d'ellipse"
c'est à dire remplacer l'arc d'ellipse par un arc de cercle qui l'approche au mieux dans un certain sens?
Si c'est le cas alors la réponse est donnée par le cercle osculateur en un point de la courbe.
Mais si c'est approximer la longueur à mon avis c'est autre travail.

niko003
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 29 Nov 2018, 22:37

Bonjour, alors j'ai déjà fait un travail sur comment calculer un secteur d'ellipse (une portion de périmètre) entre deux angles a1 et a2, respectivement compris entre [0,2*PI], mais sans résultat car la formule est adaptée pour un angles de 2PI.

ds = a sqrt(1-(e^2)*((cos(t))^2))dt avec a le grand rayon de l'éllipse et e l'excentricité.

Alors je me rabat sur une solution d'approximation par un arc de cercle.
Je divise un quart d'ellipse en 5 sections et je cherche l'arc de cercle équivalent a une section en fixant le centre sur l'axe des ordonnées.
Le dessin est assez explicit sinon ;)

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Ben314
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par Ben314 » 30 Nov 2018, 09:26

Salut,
niko003 a écrit:. . . mais sans résultat car la formule est adaptée pour un angles de 2PI.
Je comprend pas bien ce que tu veut dire par là : pour moi, la "formule" en question, elle est valable pour écrire (sous forme d'intégrale) toute longueur d'arc d’ellipse.
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niko003
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 30 Nov 2018, 09:40

Bonjour, j'ai approximé l'intégrale par la méthode de Simpson avec 5 points, elle fonctionne très bien pour un angle de 90 degrés mais n'est pas précise sur un angle de 20 degrés par exemple (de l'ordre du dixième)

Je cherche seulement le rayon du cercle équivalent sur une portion de périmètre en fixant le centre sur l'axe y

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Ben314
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par Ben314 » 30 Nov 2018, 13:21

Normalement, le "cercle de meilleure approximation" à une courbe, ce qu'on prend, c'est celui qui correspond à la notion de courbure de la courbe (donc le centre de courbure qui est situé sur la développée de la courbe).
La, si tu veut mordicus approximer par un cercle centré sur l'axe des y, ça ne te donnera pas plus de précision que l'approximation usuelle à l'ordre 1 (c'est à dire par un segment).

Bref, je comprend toujours pas trop à qui tu veut en venir : la longueur de ton périmètre, tu l'a sous forme exacte avec ton intégrale et à mon sens, ce qu'il faudrait plutôt chercher, c'est comment approximer au mieux cette intégrale.
De plus, ça me surprend plus que beaucoup que la méthode d'approximation de Simpson donne de bon résultat pour Pi/2 mais pas pour des angles plus petits : est-tu sûr et certain d'avoir codé la méthode correctement ?
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aviateur

Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par aviateur » 30 Nov 2018, 14:10

Bjr
Déjà il aurait été bien de dire dès le départ que tu voulais calculer la longueur de la courbe.
Approximer la portion de courbe par un arc de cercle (celui qui "l'approxime au mieux")
puis remplacer sa longueur par la longueur de l'arc de cercle te donnera, certes une valeur approchée, mais dont tu auras du mal à déterminer la précision.
Il faut donc approximer l'intégrale:
tu poses f(t)=a sqrt(1-(e^2)*((cos(t))^2)) et la longueur est :

la méthode de Simpson donne

On peut estimer l'erreur mais dans la pratique on applique Simpson composites
c'est à dire que l'on coupe l'intervalle [t1,t2] en 2 et on applique la méthode de Simpson sur chacun des intervalles, et on réitère en coupant en 4 .... tu obtiens dans le cas présent une suite de valeurs approchées qui converge vers la solution exacte.
Cela te donne des valeurs approchées avec une précision quasiment connue sans utiliser la théorie de la majoration d'erreur

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 30 Nov 2018, 15:08

Alors j'ai déjà essayer d'approximer l'intégrale f(t)=a sqrt(1-(e^2)*((cos(t))^2)) par la méthode de Simpson car c'est pour moi la plus précise.
Je vous résume ma démarche
Mon objectif est de déterminer les angles pour une longueur de courbe.
J'ai fait un code vba ou je pilote l'angle en utilisant la formule précédente, je démarre de 0 et avec un pas de 0.01 degré je descends les colonnes. J'ai environ 45 000 cellules et j'utilise une recherche dichotomique qui me recherche la longueur demandé.
Jusque la tout va bien sauf que l'angle n'est pas juste (variation de 0.1 à 1 degré) à part entre 0 et 90 ou j'obtient la valeur exacte.
Alors soit la formule ne marche que entre 0 et 90 degrés soit un soucis de calcul.

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par chadok » 30 Nov 2018, 22:33

Bonjour,
Si j' ai bien compris la question, il me semble que la réponse que tu cherches passe par le rayon de courbure.
Et il est donnée ici, en milieu de page, à la rubrique " équation paramétrique " :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ellipse_( ... A9matiques)
r(t) = (a^2/b)*(1-e^2*cos(t)^2)^3/2
Avec ses valeurs particulières aux sommets : r = b²/a et r = a²/b.

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 30 Nov 2018, 22:43

Je vais essayer mais ton lien est pas existant je crois ...
Merci de ton aide

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par chadok » 01 Déc 2018, 21:06

C'est un petit bug attaché au lien renvoyé par le forum. Il te suffit d'ajouter la parenthèse finale qui est manquante, et tu auras la page Wiki ;)

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 02 Déc 2018, 17:44

Avec le rayon de courbure je ne peux pas calculer la longueur d une partie de périmètre entre 2 angles.
Mes valeurs ne collent pas..

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par chadok » 02 Déc 2018, 17:53

Bonjour,
La longueur d'un arc de cercle n' est-elle pas rayon x angle (en radians) ?
Où se situe ton blocage ?

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 02 Déc 2018, 17:57

Je sais calculer le périmètre d une ellipse ça c est ok
Maintenant si sur le quart d une ellipse je veux la diviser en 5 longueurs égales, j ai une valeur.
Pour a=100.5 et b =67 J ai L=26.57 mm (quart du périmètre diviser par 5)

Et avec la formule du rayon je courbure ou avec l intégrale je n arrive pas a retrouver le bon angle qui me donne cette longueur

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par Ben314 » 02 Déc 2018, 18:38

Ah, O.K., je pense comprendre où se situe le problème.
La paramétrisation de l'ellipse avec laquelle tu travaille, c'est et toi, j'ai bien l'impression que tu fait comme si le de cette paramétrisation correspondait à quelque chose de "concret" (et de simple) sur l'ellipse, à savoir un angle ou bien une longueur.
Bon, ben je te rassure, le en question, il ne correspond ni à un angle (mesuré où que ce soit sur l'ellipse) ni à une longueur (mesurée où que ce soit sur l'ellipse).
Donc si tu veut "couper" un quart d'ellipse en 5 portions de même longueur, ben ça ne correspond absolument pas à couper l'intervalle dans lequel se balade, à savoir en 5 intervalle de même longueur. Et ça ne correspond pas non plus si tu veut couper ton quart d'ellipse en 5 morceaux correspondant à 5 secteurs angulaires de même angle.

Et la raison de tout ça, c'est que, certes sur le cercle trigo. paramétré par , le il correspond bien à un angle et à une longueur (la longueur de l'arc). Sauf que, pour passer de ce cercle à ton ellipse, tu "étire" l'axe des x et celui des y selon des facteurs différents ce qui modifie complètement les longueurs et les angles (et pas par un bête rapport multiplicatif vu qu'au départ, sur le cercle, la largeur et la hauteur étaient les mêmes alors qu'à l'arrivée c'est plus le cas)
Modifié en dernier par Ben314 le 02 Déc 2018, 18:43, modifié 1 fois.
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 02 Déc 2018, 18:42

Alors oui j ai bien compris ce que tu veux dire mais je connais les valeurs des angles à retrouver pour couper le quart en 5 longueurs identiques
Donc comment m y prendre si t ne représente rien de simple?

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par Ben314 » 02 Déc 2018, 18:44

Le problème, ça serait déjà que tu précise ce que tu appelle "un angle" dans le cas de l'ellipse.
Ensuite, ça serait judicieux aussi de préciser dans quel but tu tient à couper ton quart d'ellipse en cinq parties de même longueur (vu que c'est quand même assez bizarre comme desiderata)
Modifié en dernier par Ben314 le 02 Déc 2018, 18:52, modifié 1 fois.
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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par niko003 » 02 Déc 2018, 18:46

Sur le quart d une ellipse tu places 5 points dessus (tu peux relier l origine du repère à ces 5 points donc 5 droites)
L angle c est celui qui est formé par l.axe des y et la droite qui passe par 0 et ton point sur l.ellipse

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Re: Approximation d'une ellipse par des arcs de cercle

par Ben314 » 02 Déc 2018, 19:02

Bon, je suis toujours pas sûr de tout bien comprendre. En particulier, je vois pas franchement comment tu as pu t'y prendre pour calculer les angles permettant de couper ton quart d'ellipse en 5 morceaux de même longueur sans avoir préalablement calculé les coordonnées en de tes 4 "points de coupe".
Enfin, passons. Si tu cherche quel est le point tel que la demi droite [OM) fasse un angle donné avec le demi axe des x, ça revient à résoudre et ça donne
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