Descartes et les Mathématiques Constructions de perpendiculaires et de parallèlesDix-sept exercices pour illustrer diverses méthodes de constructions de perpendiculaires ou parallèles, menées à une droite à partir d'un point donné. | ||
Tracer une perpendiculaire1. Perpendiculaire abaissée d'un point sur une droite 2. Perpendiculaire élevée d'un point à une droite Tracer une parallèleParallèle à une droite passant par un point donné | ||
Diverses constructions, à la règle et au compas, des perpendiculaires ou parallèles, menées à une droite (d) donnée, à partir d'un point M donné. Pour tracer des droites parallèles ou perpendiculaires à la « règle et au compas », il faut souvent se ramener à la construction de la médiatrice d'un segment. | ||
Construction de droites perpendiculaires au compas1. Perpendiculaire abaissée d'un point sur une droiteComment tracer une perpendiculaire au compas ? Ci-dessous deux constructions de la perpendiculaire à une droite (d) donnée, abaissée d'un point M donné, extérieur à (d). 1.a. Construction au compas de la médiatrice d'un segment [AB] de (d)Soit une droite (d) et un point M à l'extérieur de (d). Un cercle de centre M rencontre la droite (d) en A et B. Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_abaissee_1.g2w | ||
1.b. Deux cercles, passant par M, centrés sur (d)Un point A de la droite (d) est le centre d'un cercle passant par M. La perpendiculaire est la droite (MN). Remarque : Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_abaissee_2.g2w | ||
1.c. Configuration : médiane d'un triangle isocèleDans la figure ci-dessus, un cercle de centre M coupe (d) en A et B. Avec le compas, il est possible de tracer les milieux A’ de [MB] et B’ de [MA]. La troisième médiane (AG) est perpendiculaire à la base. Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_abaissee_3.g2w | ||
1.d. Construction avec un cercleCercle ayant un diamètre dont les extrémités sont M et A, un point de (d) Placer un point A sur la droite (d). Le cercle de diamètre [AB] recoupe la droite (d) en H. Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_abaissee_4.g2w 1.e. Configuration : hauteur d'un triangle, voir construction à la règle seule (avec un cercle) | ||
2. Perpendiculaire élevée d'un point à une droitePerpendiculaire élevée d'un point A à une droite (d) 2.a. Tracé d'une médiatriceDessiner une médiatrice d'un segment [BC] ayant A comme milieu Soit une droite (d) et un point A sur (d). Un cercle de centre A rencontre (d) en B et C. Tracer la médiatrice de [BC] grâce aux cercles de centre A passant par B et de centre B passant par A. La perpendiculaire est la droite (MN). Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_elevee_1.g2w | ||
2.b. Tracé d'un cercle par son diamètreMême figure que celle de la construction d'une perpendiculaire abaissée d'un point M, en changeant l'ordre des tracés. Soit une droite (d) et un point A sur (d). À partir d'un point O hors de (d), tracer un cercle de centre O, passant par A. Si le cercle est tangent en A à la droite, le point O est sur la perpendiculaire cherchée qui est la droite (OA), sinon le cercle recoupe (d) en un deuxième point B. Tracer la droite (BO) qui recoupe le cercle en M. Le point M, symétrique de B par rapport à O, est diamétralement opposé à B. La droite (AM) est la perpendiculaire à (d) cherchée. Explications : Le triangle BAM, inscrit dans un demi-cercle, est rectangle en A. Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_elevee_2.g2w | ||
2.c. Tracé d'une perpendiculaire en boutTracer un cercle de centre A qui rencontre (d) en B, puis avec le même rayon, un cercle de centre B passant par A, qui rencontre le premier cercle en O. Explications : toujours avec le même rayon AO, tracer un troisième cercle de centre O, passant par A et B, le deuxième point d'intersection de ce dernier cercle et de la droite (BO) est le point M. Autre point de vue : perpendiculaire abaissée et droite des milieux Télécharger la figure GéoPlan perpendiculaire_elevee_3.g2w | ||
Construction de droites parallèles au compas3. Parallèle à une droite par un point donnéProposition 31 du livre I des Éléments d'Euclide : par un point donné, construire une ligne parallèle à une droite donnée. L'unicité se déduit du postulat 5 : si une droite, tombant sur deux droites, fait les angles intérieurs d'un même côté plus petits que deux droits, ces droites, prolongées à l'infini, se rencontreront du côté où les angles sont plus petits que deux droits. Ce postulat est par la suite plus souvent énoncé sous la forme : « Par un point il passe une et une seule parallèle à une droite donnée ». | ||
Construction au compas de la parallèle à une droite (d) passant par un point M extérieur 3.a. Construction de deux cerclesTracer une droite parallèle au compas Soit une droite (d) et, à l'extérieur de (d), un point M. Placer deux points A et O sur la droite (d). Tracer le cercle de centre O de rayon AM et le cercle de centre M et de rayon AO. Soit P un des points d'intersection des deux cercles, convenablement choisi. Le quadrilatère AMPO a ses côtés opposés de longueurs égales, deux à deux. La droite (MP) est la parallèle à (d) cherchée. Télécharger la figure GéoPlan parallele_8.g2w | ||
3.b. Angles alternes-internesSoit une droite (d), un point A sur (d) et un point M. La droite (d) et la parallèle (d’) à (d) passant par un point M doivent faire avec une sécante (AM) des angles alternes-internes BMA et MAP égaux entre eux. Pour cela : Tracer le cercle (c1) de centre M passant par le point A de la droite (d), Pour reporter l'angle BMA en A, reporter l'arc MB de (c2) sur le cercle (c1). La droite (MP) est la parallèle cherchée. Télécharger la figure GéoPlan parallele_5.g2w | ||
3.c. Dessiner un cercle avec son diamètreCercle M ayant un diamètre dont les extrémités sont M et A, un point de (d) Si deux droites sont perpendiculaires à une même troisième, alors elles sont parallèles : Commencer par la construction de la perpendiculaire à une droite (d), abaissée d'un point M. Placer un point A sur la droite (d). Le cercle de diamètre [AB] recoupe la droite (d) en H. Soit B le symétrique de H par rapport au centre O du cercle, deuxième intersection du cercle avec la droite (AO). MHAB est un rectangle et la droite (MB) est la parallèle à (d) cherchée. Télécharger la figure GéoPlan parallele_10.g2w | ||
3.d. Deux médiatricesIl est possible d'utiliser deux fois la construction de la médiatrice pour tracer la « perpendiculaire d'une perpendiculaire » Soit une droite (d) et un point M extérieur. Construire une médiatrice (MC), passant par le point M, d'un segment [AB] de (d), puis tracer une deuxième médiatrice d'un segment [DE] de la droite (MC). Pour cela, choisir un point A sur (d). Un cercle (c1) de centre M, passant par le point A de la droite (d), recoupe cette droite en B. Le cercle (c1) coupe (MC) en D et E. Les cercles de centre D passant par E et de centre E passant par D se coupent en N et P. Télécharger la figure GéoPlan parallele_4.g2w | ||
3.e. Construction avec deux ou trois cerclesConstruire un trapèze isocèle AMPB Soit une droite (d), un point O sur (d) et un point M. Le cercle (c) de centre O, passant par M, coupe la droite (d) en A et B. Mesurer, avec le compas, la longueur AM et tracer le cercle de centre B et de rayon AM. Ce dernier cercle rencontre (c) en P situé dans le même demi-plan que le point M par rapport à (d). La droite (MP) est parallèle à (d). Télécharger la figure GéoPlan parallele_1.g2w | ||
Tracer un losange AMPB Soit une droite (d), un point A sur (d) et un point M. Tracer trois cercles de même rayon AM. Un premier cercle (c1) de centre M, passant par un point A de (d). La droite (MP) est parallèle à (d). Télécharger la figure GéoPlan parallele_2.g2w | ||
3.f. Construction avec deux cercles tangentsSoit une droite (d), un point A sur (d) et un point M. Utiliser la configuration des cordes de cercles tangents : Pour cela, placer un point O sur la médiatrice de [TM] La droite (OT) coupe la médiatrice de [AT] en O’. Le cercle (c’) de centre O’ passant par T et A est tangent en T au cercle (c). Ce cercle recoupe la droite (d) en B. La droite (MP) est la parallèle à (d) passant par M. Télécharger la figure GéoPlan parallele_7.g2w | ||
4. Tracés de droites parallèlesÀ la règle, avec milieuIl est démontré qu'il impossible avec uniquement une règle : Si on donne deux droites parallèles, alors il est possible de tracer de la parallèle à ces deux droites, passant par un point extérieur, seulement avec la règle. Il est aussi possible de tracer une parallèle avec une règle à bords parallèles. | ||
4.a. Construction de HilbertParallèle construite avec règle et milieu Grundlagen der Geometrie Construction avec règle et instrument (« Eichmass » permettant de reporter une longueur). – Placer deux points A et B sur la droite (d) – La droite (MN) est la parallèle à (d) cherchée. Démonstration (au-delà du lycée) Si les droites (AB) et (MN) étaient sécantes, elles le seraient en un point J tel que Mais dans une relation de division harmonique, si le troisième point est le milieu des deux premiers, alors le quatrième point J est à l'infini. Télécharger la figure GéoPlan para_regle_milieu.g2w Réciproque : construire un milieu avec deux parallèles | ||
Droite des milieux4.b. Recherche d'une « droite des milieux » avec GéoPlan Placer deux points A et B sur la droite (d). Placer un point variable C sur la demi-droite [AM]. Déplacer le point C jusqu'à ce que le point N coïncide avec M. Remarque : déplacer un point sur l'écran pour qu'il coïncide avec un autre point fixe, avec pour seul moyen de contrôle la perception visuelle, peut suffire dans un premier temps. Nous pouvons conjecturer que la solution a lieu quand le point C est le symétrique de A par rapport à N. Avec GéoPlan, la touche S réalise une figure exacte par l'affection directe du point libre C au point O, symétrique de A par rapport à N. Télécharger la figure GéoPlan parallele_12.g2w | ||
La parallèle comme « droite des milieux » d'un triangle Classe de quatrième Pour cet exercice, la justification géométrique ci-dessous, est accessible dès la classe de quatrième. Placer deux points A et B sur la droite (d). Tracer le symétrique C de A par rapport à B. B est alors le milieu de [AC]. Sur la droite (AM), placer le symétrique O de A par rapport à M tel que MO = AM, La droite (MP) est la parallèle à (d) cherchée. En effet, (BM) et (MP) sont les droites des milieux du triangle OAC. Télécharger la figure GéoPlan parallele_9.g2w | ||
4.c. La droite (d) comme « droite des milieux » d'un triangle Accompagnement du programme de 3e - 2004 Placer deux points A et B sur la droite (d). Sur la droite (AM), placer le symétrique O de M par rapport à A, La droite (MP) est la parallèle à la droite (d) cherchée. En effet, (AB) est une droite des milieux du triangle OMP : Télécharger la figure GéoPlan parallele_6.g2w Voir aussi : géométrie en troisième | ||
4.d. Configuration de Thalès Tracé d'une droite limite, avec une figure analytique, non constructible à la règle et au compas. Placer deux points A et B sur la droite (d). Placer un point variable N sur le segment [AM] construire, sur [BM], le point P tel que BP/BM = AN/AM. Par Thalès, la droite (NP) est parallèle à (d). Déplacer le point N vers M. La construction n'est pas réalisée lorsque N est en M, mais N peut être aussi proche que l'on veut de M et la droite (NP) a pour position limite la parallèle à (d) en M. Télécharger la figure GéoPlan parallele_13.g2w | ||
4.e. Approximations successivesCréation itérative avec GéoPlanÀ la règle et au compas avec GéoPlan, il possible de réaliser la construction ci-dessus, à droite, de façon itérative par approximations successives de droites des milieux (x =, , 7/8…). Construire une première droite des milieux d1 = (A1B1) en utilisant deux points A0 et B0 de la droite (d) et le point M donné. Pour la création itérative, nommer A0 et B0 les points de (d), A1 et B1 les milieux de [ A0M] et [B0M], d1 la droite des milieux (A1B1). Par appui de la touche S, GéoPlan reprend les deux milieux précédents et recommence l'application « droite des milieux ». Toutes les droites successives, ainsi obtenues, sont parallèles entre elles et parallèles à la droite (d) donnée. À chaque étape, on se rapproche Télécharger la figure GéoPlan parallele_14.g2w | ||
Droites des milieux - création itérativeDroites des milieux d1 à d7. | ||
Position limiteEn 7 itérations, pour x =127/128, la droite d7 semble passer par M. | ||
4.f. Parallèle constructive avec règle et milieuxAvec une règle non graduée, la parallèle est constructible en utilisant la possibilité de tracer des milieux de segments. – On place deux points distincts A et B sur la droite (d), La démonstration géométrique est aisée pour les élèves de troisième ou de quatrième. Télécharger la figure GéoPlan parallele_11.g2w Le miroir des maths - Dr. Ruben Rodriguez Herrera | ||
5. Parallèle à une distance donnéeParallèle à une droite (D) située à une distance donnée d À; partir d'un point A de la droite (D), tracer un cercle (c) de rayon donné d Utiliser la méthode du paragraphe 2 pour construire la médiatrice de [BC] grâce aux cercles de centre B passant par C et de centre C passant par B. Ces deux cercles se coupent en M et N. La droite (MN) est perpendiculaire en A à (D). Soit D un des points où le cercle (c) coupe (MN) ; point situé à une distance d de A. Les cercles de rayon d, passant par A, centrés en B et en D se coupent en E, quatrième sommet du carré DABE de côté d. La droite (DE) est parallèle à la droite (D) et est située à la distance d.
Télécharger la figure GéoPlan parallele_3.g2w | ||
Table des matièresDans d'autres pages du site Constructions uniquement à la règle : – une parallèle avec une règle à bords parallèles Constructions d'une parallèle avec une équerre Histoire des mathématiquesLes Éléments d'Euclide Les grands problèmes de la géométrie grecque Médiatrice : construction d'Œnopide de Chio Démonstrations géométriques de Pythagore Cercles d'Apollonius | ||
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