Descartes et les Mathématiques Montrer un alignementExercices de géométrie plane : carré et triangles équilatéraux | ||
Sommaire1. Justifier un alignement de 3 points 2. Carré et deux triangles équilatéraux a. Vérifier un alignement 3. Un point de concours et deux autres alignements 3.b. Deux alignements prouvés avec une rotation | ||
1. Prouver un alignement de trois pointsDéfinition : trois points A, B, C sont alignés Commet démontrer que trois points sont alignés : Deux parallèles : trois points A, B, C sont Vecteurs colinéaires : trois points A, B, C Angle : trois points A, B, C sont alignés si l'angle ABC est nul ou plat. Deux angles égaux : trois points A, B, C sont alignés Deux perpendiculaires : trois points A, B, C Transformation : A, B et C sont alignés s'ils sont Homothétie : alignement du centre, d'un point et de son image. Inégalité triangulaire : l'égalité AB + BC = AC Géométrie analytique : les coordonnées du point C vérifient Utiliser le barycentre ou les complexes en terminale. Géométrie du cercle : après le bac, utiliser Espace : Pour prouver l'alignement de trois points dans l'espace, | ||
2. Carré et deux triangles équilatérauxTrouver le plus de solutions possibles à un problème : 2.a. Vérifier un alignementÀ partir de la classe de sixième Sur deux côtés consécutifs d'un carré construire deux Montre l'alignement des troisièmes sommets des triangles Sur du papier quadrillé, construire un carré ABCD, puis les Vérifier, avec la règle, que les points D, E et F sont alignés. – Avec GeoGebra, Mode immédiat : Avec la dixième icône, dans les sous menus de ABC Programmation : Créer le texte « Les points D, E et F sont alignés. », Figure interactive dans GeoGebraTube : carré et deux triangles équilatéraux | ||
2.b.Vérifier qu'un angle est platCet exercice se traite plus simplement en utilisant les angles, Solution On procède par calcul d'angles : L'angle DEF est plat : les points D, E et F sont alignés. Justification des angles de 75° et 45°
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2.c. Deux angles égauxClasse de cinquième Dans cette figure, calculer les mesures des angles CDF et CDE. Indications Le triangle isocèle CDF a un angle au sommet de 90° + 60° = 150° . d’où CDF = 15°. Le triangle isocèle ADE a un angle au sommet DAE de 30°. Dans l'angle droit ADC, CDF est le complémentaire de ADE, Les angles CDF et CDE sont égaux, les points D, E et F sont alignés. Un angle de 105°DLB = 105°. Dans le triangle DCL, rectangle en C, l'angle CLD complémentaire de CDL Figure interactive dans GeoGebraTube : Figure copiée sur pinterest | ||
Un autre angle de 105°Construire un carré ABCD, puis le triangle équilatéral ABE, à l'intérieur du carré. Calculer la mesure de l'angle BKC. Indication Le triangle BKC a deux angles de 30° et 45°. BKC = 180° - (30° + 45°) = 105° Figure interactive dans GeoGebraTube : | ||
2.d. Avec la géométrie analytiqueClasse de seconde Méthode pas drôle du tout ! Dans le repère (A, , ), les coordonnées des points sont A(0, 0) ; Calculer les coordonnées des points E et F : Calculer les coordonnées des vecteurs et : x1 = ; y1 = – 1 ; x2 = + 1 ; y2 = – . Montrer que les vecteurs et sont colinéaires : Conclure : les vecteurs sont colinéaires, les points D, E et F sont alignés. Figure interactive dans GeoGebraTube : carré et deux triangles équilatéraux | ||
Vérifier un alignement avec GeoGebra 2.d.2. Équation de droite Il est aussi possible de calculer l'équation de la droite (DE) : 2.d.3. Coefficients directeurs de droite Ou encore que les coefficients directeurs des droites 2.d.4. Inégalité triangulaire Depuis la classe de cinquième, le cas de l'égalité DE + EF = DF Pour afficher un objet ou un commentaire lorsque trois points D, E et F, 2.e. Avec les complexes – Terminale S Choisir A comme origine du plan complexe Alignement de trois points – Capes Prouver de trois manières différentes l'alignement des trois points Voir aussi point aligné sur une diagonale : parallélogramme de Pappus | ||
3.a. Un point de concours et deux autres alignementsLes cercles circonscrits aux triangles Le point M est aligné avec D, E et F. Il est aussi aligné avec A et C. Figure interactive dans GeoGebraTube : carré et triangles équilatéraux Figure copiée par pinterest | ||
Démonstration : rotation de centre B et d'angle – 90°. La rotation de centre B et d'angle – 90° Le cercle (c) circonscrit à ABE a pour image le cercle (c’) circonscrit à CBF. Soit N le symétrique de M par rapport au centre O du cercle (c). Par la rotation, l'image du point N, du cercle Le point M est aligné avec A et C : L'image de la droite (AN) est la droite qui lui est Le point M est aligné avec D, E et F : Le triangle équilatéral ABE et le triangle rectangle | ||
3.b. Vérifier un autre alignementUn triangle équilatéral est construit sur une diagonale d'un carré. ABCD est un carré de centre E, le milieu de [BD]. – Vérifier que les points A, O, C et F sont alignés. Indication Dans le triangle équilatéral BDF, on a FB = FD ; F est sur la médiatrice de [BD]. O, milieu de [AC] et F sont donc alignés avec A et C sur la droite (AC). Figure interactive dans GeoGebraTube : Compléter cet alignement : exercices de géométrie au collège | ||
3.c. Deux alignements prouvés par une rotationAncienne classe de seconde ABCD est un carré direct. Montrer que : Démonstration • Par la rotation r(B, – ) le point A a pour image L'image EBFI du carré ABCD a par l'isométrie r est L'image par r de [BD] est [BI] dons BD = BI • BI est alors égal à DI, le point I est donc sur la médiatrice Figure interactive dans GeoGebraTube : Figure copiée sur pinterest | ||
3.d. Alignement d'un autre pointClasse de seconde • Placer le point J tel que BDJ soit un triangle équilatéral J point de la médiatrice de [BD] est donc aligné avec A et C. Par la rotation r(B, – ) le point J a pour image D. A, C et J sont alignés, leurs images réciproques E, F et D Il est possible d'utiliser cette figure pour construire L'angle de la droite (DF) et de son image (AC), par la rotation r est . On en déduit que l'angle CDI mesure et on retrouve Figure interactive dans GeoGebraTube : On retrouve le point K, appelé M ci-dessus, Voir aussi : triangle équilatéral inscrit dans un carré, aire maximale | ||
4.a. Alignement avec le sommet d'un triangleABC est un triangle. Par B et C, on trace deux droites d1 et d2 parallèles. But du problème : montrer que A, I et J sont alignés. Figure interactive dans GeoGebraTube : | ||
4.b. Petit théorème de PappusDémonstration par l'absurdeSupposons que A ne soit pas sur la droite (IJ). D'après le petit théorème de Pappus, les droites (BI) et (CJ’) sont parallèles. Figure interactive dans GeoGebraTube : Géométrie analytiqueAvec GeoGebra, on peut se contenter de montrer que les Calculs Choisir le point D à l'intersection de la parallèle à Dans le repère (O, C, D), les coordonnées des points de la figure sont : Le parallélisme se traduit par la colinéarité des vecteurs : = λ , d'où b = λ(a–1) et p = λ, soit p = b/(a–1) et I(b, b/(a–1)). La droite de coefficient directeur m passant par I a pour équation : Cette droite passe par J, si q – p = m(1–b), On vérifie que les coordonnées de A vérifient l'équation : | ||
4.c. Démonstration par les angles inscritsPar parallélisme des côtés : IOJ = BAC = α. Soit les cercles circonscrits à IOB et JOC qui se recoupent en K. Étudions les angles inscrits qui interceptent [OK] : Les suppléments de ces sommes sont égaux, donc BKC = IOJ = α. Montrons que K est aligné avec I et J, en calculant l'angle IKJ : Terminons en montrant que A est aligné avec I et J, En ajoutant et retranchant les angles ABK = ACK : D'où IAJ = IKB + BKC + CKJ = 180° : I, A et J sont alignés. Figure interactive dans GeoGebraTube ci-dessus | ||
5. Trois points non alignésABC est un triangle rectangle en B tel que AB =13 et BC = 11. FBDE est un carré de côté 6, avec F sur [AB] et D sur [BC]. Le point E appartient-il au segment [AC] ? Solution Les points A, E et C ne sont pas alignés. 10 démonstrations Géométrie analytique : Droites non parallèles : les trois points A, E, C ne sont Vecteurs : dans le repère d'origine A, les vecteurs Barycentre : si le point E était un barycentre de Angles Deux angles inégaux : les trois points A, E, C ne sont pas Angle nul : l'angle CAE = 0,3° est différent de 0. Angle plat : l'angle AEC = 179° n'est pas égal à 180°. Inégalité triangulaire : la somme AE + EC n'est pas égale à AC. Thalès : les triangles ABC et AFE ne sont pas Homothétie : dans l'homothétie de centre A et de Il y aurait d'autres démonstrations... Figure interactive dans GeoGebraTube : trois points non alignés | ||
Table des matièresThéorèmes mettant en œuvre des alignements | ||
Alignements dans d'autres pages du site Alignement avec un point et son transformé par une rotation Diamètres de deux cercles sécants Alignement avec un point et son transformé dans une similitude Deux carrés : alignement avec un point de concours Alignement dans trois carrés consécutifs Tiers d'un segment dans un parallélogramme Deux triangles équilatéraux autour d'un carré Polaire par rapport aux médianes d'un triangle Montrer un alignement dans l'espace Figure 3D de GeoGebraTube : montrer un alignement dans l'espace | ||
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