II

tangence, si Ton peut s'exprimer ainsi. A peine connait-on Téquation des tangentes communes à deux lignes ou de la développable enveloppe de deux surfaces du second ordre; encore moins connaît-on explicitement les équations de condition qui expriment que plusieurs lignes ou surfaces ont les mêmes tangentes, les mêmes plans tangents ou les mêmes développables enveloppes communes. Aussi est-il à propos de recourir à la théorie des polaires réciproques, qui appartient à la Géométrie intuitive, pour établir les propriétés de ces derniers systèmes qui sont les corrélatives de celles qui appartiennent aux premiers.

301. Les savants auxquels la Géométrie analytique doit déjà de si beaux progrès ne la laisseront probablement pas longtemps dans cet état d'infériorité (*); mais peut-être aussi sera-t-il indispensable de faire choix d'un autre genre de coordonnées, en considérant, par exemple, les lieux géométriques comme l'enveloppe de leurs systèmes de tangentes ou de plans tangents, et prenant, suivant ce qu'indique la théorie des polaires réciproques, pour variables les distances des intersections respectives de ces tangentes ou plans tangents avec deux ou trois axes fixes, soit au point de rencontre commun de ces axes, soit à leurs rencontres respectives avec un nouvel axe ou un plan arbitraire; mais alors l'équation du lieu entre ces coordonnées montera à un degré tantôt plus élevé, tantôt moindre que son équation relative aux coordonnées ordinaires, et il restera toujours à opérer le passage d'une équation a une autre ou ce qu'on nomme la transformation des coordonnées, transformation qui amènera avec elle des facteurs singuliers ('*) dont il faudra débarrasser l'équation finale pour la réduire au degré de simplicité qui lui est propre, mais qui permettra d'ailleurs de discuter avec la plus grande facilité les propriétés de la courbe ou de la surface relatives à ses systèmes de tangentes ou de plans tangents, sans recourir directement à la théorie des polaires réciproques, qui appartient essentiellement à la Géométrie pure ou intuitive.

Dans ce système, évidemment, un point sera représenté par une équation contenant les inverses de toutes les variables au premier degré; une droite ou un plan par deux ou trois équations de la forme / = a, m = fe, t' = c; les ^- I I ' Il - ■■■.,■■ I ■ . .. — . —

(*) Je prie instamment le lecteur de ne pas oublier que ceci a été écrit dans 1 hiver de i83o à i83i. - (Note de ]865.)

( ** ) Voyczy dans le tome H de nos Applications d* Analyse et de Géométrie ^ p. 491, les réflexions qui terminent l'article de 1817, sur la théorie des polaires réciproques, exirait des Annales de Montpellier. -. (Not« de i865.)

SECTION IV. — DES SYSTÈMES DE LIGNES ET DE SURFACES. 267 lignes et les surfaces du deuxième ordre par des équations du second degré, susceptibles de se réduire au premier dans certains cas; enfin les lignes et les surfaces du degré m par des équations qui s'élèveront en général au degré wi (m — I ) ou /n (/w — I )*, égal au nombre des tangentes ou des plans tangents que, d'un point ou d'une droite arbitraire» on peut mener à cette courbe ou à cette surface, nombre qui, dans certains cas particuliers» peut d'ailleurs se réduire de plusieurs unités, d'après les principes des précédents Mémoires (Sect. II et III).

302. Je ne pousserai pas plus loin ces réflexions sur un genre d'Analyse qui n'aurait d'autre avantage que d'offrir la traduction* au moyen d'équations, des diverses conséquences qui dérivent d'une manière purement intuitive de la théorie générale des polaires réciproques (*). Quant aux proposi-

^*) Soient u et v l'abscisse et l'ordonnée des intersections de la tangente d'une courbe plane donnée avec deux axes arbitraires; supposons que (p(//,.c) = o soit Téquation en n et v de cette

courbe : on s'assure aisément qu'en prenant « = — ? ''--:» f^ ^K^x\\ une longueur arbitraire

mais

lis constante, l'équation y ( — ? — ) == o n'est autre chose que celle de la polaire réciproque de

la courbe proposée par rapport aux axes des u et des p.

Quant au calcul qui doit servir à former l'équation analytique entre les variables u et <» comptées de la même origine et sur les mêmes axes que x et/, il n'offre pas de difficultés.

Soit ?(j:, j) — o l'équation do cette même courbe, et nommons a et p les coordonnées ordinaires d'un point quelconque de son plan : on aura évidemment pour l'équation de ce point ra[)portée aux variables u et v

' vu

laquelle donnera successivement tous les systèmes de valeurs de v et u qui correspondent au\ différentes droites passant par le point (a^) dont il s'agit. Si ce point est pris sur la courbe proposée, on aura

(2) . rp(a, 6)=:0,

et si, de plus, v çXu doivent appartenir à la tangente en a, p, on aura cette nouvelle relation

qui, avec les premières, servira à trouver l'équation de la courbe en « et t^, par l'élimination de z et p dont le rapport est donné par la différentiation de l'équation (2). Quant aux équations de la tangente dans le système u^ p, elles sont

(' = 8 — a -7^ î // = a — p -77- ^ dit. ^ db

Si ?(«,?) = O est du degré /w, ces équations ne s'élèveront pas au delà du degré m ^ i en a

tion$ particulières qui peuvent ressortir de Tapplication de nos principes aux différents théorèmes contenus dans ce qui précède, on ne peut être embarrassé d'en établir les énoncés pour chaque cas, si Ton a bien présents à Tesprit ceux de ces principes qui se trouvent démontrés plus particulièrement dans les n°» 67 et 68, 73, 93, 98, 101, 120 et 130.

Par exemple, la proposition du n° 267 (§ I" de cette Section) conduira à ce théorème réciproque :

Si trois courbes de degré m^ tracées sur un plan, ont les mêmes m^{m'- i )* tangentes communes {13), et que, d'un point quelconque de ce plan, on mène les trois faisceaux distincts de m [m— i) tangentes à ces lignes, toute transversale rencontrera ce système de courbes en trois groupes de m{m^ i) points chacun, qui seront en involution complète entre eux.

303. Des théorèmes entièrement analogues ont lieu pour trois surfaces quelconques de degré m, enveloppées par une même développable de degré m^{m— i)*[m*(m — i)*— i] (n*^98), et pour quatre surfaces de degré m touchées à la fois par les mêmes m'(/n— i)' plans tangents (93), pourvu qu'on remplace les faisceaux de m (m — i) tangentes par des faisceaux semblables de m{m—'iY pl^ns tangents issus d'une même droite : ces mêmes théorèmes, d'ailleurs, sont l'extension de ceux desn*** 150 et 153 (Sect. III), concernant les simples lignes et surfaces du second ordre. De plus, les différentes propositions ou relations métriques que nous avons jusqu'ici présentées sur la manière de construire par points l'une des courbes ou surfaces en involution avec deux ou trois autres données arbitrairement, conduiront également, en vertu de la théorie des polaires réciproques, à des procédés géométriques pour construire par l'enveloppe de ses systèmes de tangentes ou de plans tangents, l'une quelconque des lignes ou surfaces jouissant des propriétés inverses ci-dessus indiquées, quand deux ou trois d'entre elles seront pareillement données à priori.

et ^, et serviront à passer immédiatement de la courbe en u^ v à son équation différentielle du premier ordre entre les coordonnées ordinaires a et p. Pour effectuer d^ailleurs Télimination de « et de ^ entre les équations (i), (2) et (3), on fera

a étant une ligne arbitraire. mais constante; les équations (i) et (3) deviendront ainsi et seront linéaires en z et /, etc., etc. — (Note de i83o.)

SECTION IV. — DES SYSTÈMES DE LIGNES ET DE SURFACES. 269 304. Pour justifier ces déductions par rapport aux trois courbes ci-dessus du degré m^ par exemple, il suffit de remarquer que ces courbes ont en général pour polaires réciproques des lignes du degré m[m — i) s'enlrecoupant aux mêmes m^ (m — i)* points, et qui, par conséquent, sont en involution complète entre elles, c'est-à-dire telles que, si on les coupe par une transversale arbitraire, les trois systèmes des m[m— 1) intersections correspondantes seront eux-mêmes en involution ; ce qui entraine comme conséquence nécessaire (120) que les trois faisceaux de m (m — 1) tangentes des courbes primitives, issues du pôle de la transversale arbitraire, aient aussi entre eux la corrélation de situation dont il s'agit. Or, ce principe une fois admis, on en conclut tout de suite des moyens pour construire les tangentes de l'un des faisceaux (262 et suiv.) quand Tune d'entre elles est donnée, etc., etc.

Toutefois, dans les applications de ces théorèmes, il faudra avoir égard à des observations du genre de celles des n^* 67, 244 et suivants {Théories des transversales et des polaires réciproques, Sect. II et 111), relativement au degré des courbes et au nombre de tangentes qu'on peut leur mener d'un point donné ; c'est-à-dire que l'énoncé ci-dessus suppose essentiellement que, parmi ces tangentes, on comprenne même les droites qui ne font que passer par les points multiples, de rebroussement et conjugués, lesquelles d'ailleurs devront être comptées pour un certain nombre de tangentes distinctes, quoique confondues entre elles, selon le nombre des branches appartenant à ce point, etc. En un mot, l'application de nos théorèmes suppose que les systèmes des tangentes relatives à chaque courbe, à chaque point donnés, aient été obtenus par une méthode purement géométrique et suffisamment générale pour donner à la fois toutes celles qui sont distinctes, réelles ou imaginaires, à distance donnée ou infinie, confondues par deux, par trois,..., ou multiples, et dont le nombre, en vertu de la loi de continuité, s'élève toujours à m (m — 1). •

Cette méthode, que nous ferons connaître et que nous étudierons d'une manière spéciale dans les paragraphes suivants, attendu son importance et sa généralité, ne pourrait être ici développée sans déranger la marche systématique des idées et du plan que nous avons adopté, après divers essais infructueux de rédaction datant de 1816 et 1817 (*). Enfin, ce que nous disons des simples faisceaux de tangentes aux courbes, issues de points

(*) Foyez le tome II de mes Applications d'Jnnijrse et de Géométrie, p. 149, 4^4 et suivantes. -(Note de 1 865.)

donnés, doit s'entendre également des faisceaux de plans tangents aux surfaces convergeant en des droites également assignées de position dans l'espace.

305. Dans ce qui précède, ne se trouve pas mentionnée la tentative de yi. Gergonne et de ses imitateurs pour doubler le nombre des propriétés des figures au moyen àw principe de dualité^ principe fondé, d'une part, sur la considération de la classe des courbes et surfaces, d'une autre, sur l'adoption des énoncés k doubles colonnes ; car, outre que ce principe métaphysique n'a point été démontré par l'inventeur et ne repose que sur de simples inductions ou rapprochements, il n'est point applicable directement àw^ relations métriques en général, fussent-elles de leur nature projectiles^ non plus qu'aux figures composées de lignes, de surfaces d'un ordre supérieur au deuxième, à moins de se contenter du vague que comporte leur définition par le numéro de la classe dans l'étude des affections qu'elles offrent par rapport aux transversales linéaires, étude que le principe de dualité, ni même celui de la réciprocité polaire, ne peuvent faciliter, puisqu'ils font retomber sur des lignes ou surfaces à points singuliers dont, à priori, on ignore les propriétés et l'espèce.

Ce vice radical devient bien apparent dès la troisième classe, si l'on se propose notamment de traduire en propositions inverses les énoncés divers des théorèmes ou constructions des n®* 184, 206, 229, 244, 247 et suiv., relatifs aux systèmes de lignes droites ou courbes qui nous ont occupés au commencement de cette Section; car les relations d'involution simple ou composée n'ont pas de dépendance directe et explicite avec le théorème d'Analyse algébrique mentionné aux n®* 299 et suivants, ni avec les relations de réciprocité polaire de situation qui concernent le tracé effectif des courbes géométriques, etc. Aussi le principe de dualité, s'il est appliqué à des êtres géométriques inconnus à priori au delà- de la seconde classe, n'offret-il aucun intérêt immédiat ou logique; le mot classe lui-même n'ayant primitivement servi qu'à pallier une grossière erreur mathématique. Aussi les géomètres consciencieux, éclairés par les discussions (*) des tomes VII et XII du Bulletin des Sciences mathématiques de Férussac (années 18:^7 à 1829), n'ont-ils pas tardé à abandonner la méthode des doubles colonnes de M. Gergonne, tout en mettant à profit mes propres méthodes dont ils ont fait de très-belles et savantes applications, notamment à la transformation polaire

(*) Voyez aussi le § II de la Section supplémentaire. ~ (Note de i865.)

et réciproque des figures en prenant pour directrices des pôles le cercle, la sphère, la parabole, le paraboloïde ou toute autre courbe ou surface du second degré choisie en particulier, ce dont moi-même j^avais offert d'intéressants exemples dans mes écrits antérieurs.

Des axesj des plans et des centres de moyennes harmoniques ou de moyennes distances des lignes on surfaces géométriques.

Mon objet ici n'est point de m*étendre longuement sur les corollaires nombreux qui découlent des propositions établies dans les précédents paragraphes; je prétends me borner aux conséquences les plus générales de chaque espèce, en insistant seulement assez pour bien faire voir l'étendue d'application propre aux différents principes. L'analogie de tes conséquences avec celles qui concernent les pôles, polaires, diamètres et plans diamétraux, etc., des lignes et des surfaces du second degré, et surtout ce que j'ai dit déjà, dans les précédentes Sections ou Mémoires, sur les centres, les axes et les plans de moyennes harmoniques, sur les systèmes de lignes et de surfaces en involution et leurs réciprdques polaires, enfin sur les systèmes de points, de droites et de plans quelconques, me dispense d'entrer dans aucun développement nouveau et d'insister sur des définitions pour lesquelles je renverrai aux Sections ou Mémoires dont il s'agit.

GÉNÉRALISATION DBS THÉORÈMES DE NEWTON, DE COTES ET DE HàC-LAURIN, RELATIFS