Descartes et les Mathématiques Puissance d'un point
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Sommaire1. Puissance d'un point par rapport à un cercle 2. Application : orthocentre 3. Application de la théorie de l'axe radical 4. Différence des puissances d'un point pour deux cercles |
1. Définition et propriétés de la puissance d'un pointen : power of a point La puissance d'un point par rapport à un cercle Notion que j'enseignais en troisième en 1970, 1.a. Théorème d'Euclide Si deux droites, passant par un point A, coupent un cercle (c), AB × AC = AD × AE. Dans le cas où A est à l'intérieur du cercle, pour le démontrer, |
Puissance d'un point extérieur à un cercle et tangenteLorsque A est à l'extérieur du cercle, avec une tangente (AT), on a : AB × AC = AD × AE = AT2. Remarque : les cordes (CD) et (BE) sont antiparallèles |
1.c. DéfinitionPour un point A extérieur à un cercle (c), AB × AC = AT2. Elle est aussi égale à la différence du carré de la distance AB × AC = AO2 – OT2 = d2 – r2. On note c(A) = AO2 – r2 la puissance de A par rapport à (c). Si le point A est sur le cercle, la puissance est nulle : c(A) = 0. Si le point A est à l'intérieur du cercle, la puissance est négative : c(A) = – AB × AC = d2 – r2. Mesures algébriques Quel que soit le point A, la puissance du point A par rapport au cercle Réciproques
Démonstration : angles inscrits et triangles semblables L'angle inscrit CBT interceptant l'arc CT est égal Des rapports de similitude égaux = on déduit, En particulier pour la sécante (AO) la puissance du point A est aussi Figure interactive dans GeoGebraTube : Cercles tangents à des droites ou à des cercles : voir construction de cercles Moyenne géométrique : construction de Wallis |
2. Application : orthocentreRelations métriques pour l'orthocentre d'un triangleLa puissance du point H par rapport au cercle circonscrit est : Sachant que les symétriques de l'orthocentre par rapport aux côtés du triangle On trouve donc : |
3. Application de la théorie de l'axe radicalConstruire un point défini par une relation métriqueOn donne quatre points distincts A, B, C, D sur une droite (Δ). Si [AB] et [CD] n'ont pas même milieu, (EF) est l'axe radical de (c) et (c’). Il rencontre (Δ) au point I cherché. |
4. Différence des puissances d'un point pour deux cerclesFormule d'usage fréquent en géométrie du cercle, On considère deux cercles c(O, r) et c’(O’,r’) avec O et O’ distincts. c(M) – c’(M) = MO2 – MO’2 – (r2 –r’2). En employant les carrés scalaires Soit K le pied de l'axe radical des deux cercles. On a vu que : Donc Soit H la projection de M sur (OO’). c(M) – c’(M) = 2 . (1) |
5. Relation d'EulerDistance entre les centres des cercles inscrit et circonscrit Si le cercle circonscrit (c) d'un triangle ABC a pour centre O et pour rayon R La relation d'Euler permet de calculer le carré de la distance des deux centres : OI2 = R2 – 2Rr. Pour un cercle exinscrit (c1) le centre I1, intersection de la bissectrice Le rayon est r1 = = = . La relation d'Euler devient : OI12 = R2 + 2Rr1. Figure interactive dans GeoGebraTube : DémonstrationAvec la puissance du point I par rapport aux cercles (c) et (Γ). La bissectrice de l'angle BAC recoupe le cercle circonscrit en O1, Appliquons la formule (1) au point I et aux cercles (Γ) et (c) : Comme Γ(I) = 0 et c(I) = IO2 – R2, on a bien OI2 = R2 – 2Rr. De même, en appliquant la formule (1) Voir : quatre relations d'Euler |
6. Premier théorème de la médianeSoit un triangle ABC et le cercle de centre A passant La puissance φ(B) de B par rapport au cercle de rayon AA’ est φ(B) = AB2 – AA’2 = × et la puissance de C est φ(C) = AC2 – AA’2 = × . Alors AB2 + AC2 – 2 AA’2 = × + × . soit AB2 + AC2 – 2 AA’2 = ( + ) = × = . AB2 + AC2 = 2AA’2 + Figure interactive dans GeoGebraTube : médiane et puissance d'un point Triangle rectangle : où l'on retrouve Pythagore Si le triangle est rectangle en A, alors A est sur le cercle de diamètre [BC] La formule d'Apollonius devient Différence des carrés des longueurs de deux côtés φ(B) = AB2 – AA’2 = × , φ(B) – φ(C) = AB2 – AC2 = ( + ). Introduisons H milieu de [MA’]. H est le milieu d'une AB2 – AC2 = ( + ) = ( + + + ) AB2 – AC2 = 2 . Triangle rectangle : où l'on retrouve Pythagore Si le triangle est rectangle en C, alors C et H sont confondus = et AB2 – AC2 = 2 = BC2. Où l'on constate que le théorème de Pythagore n'est pas seule affaire Voir aussi : l'enseignement de la géométrie au Capes |
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