GÉOMÉTRIE PLANE : GÉNÉRALITÉS

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Un peu d'histoire

-3000 à -500 La géométrie est purement utilitaire (calculs d'aires, de distances, architecture..), on ne s'intéresse pas du tout à l'aspect démonstration.
Vème et IVème siècles av. JC  Pythagore, Aristote : la géométrie fait partie de la philosophie, c'est une clé pour comprendre le monde. Apparition de la démonstration, élément du dialogue philosophique (ex. la maïeutique de Socrate ; Euclide rassemble les résultats connus dans ses "Eléments". )
Xème siècle ap. JC Trigonométrie (mathématiciens arabes)
XVIème siècle  Géométrie projective (Girard Desargues) 
XVIIème siècle  Géométrie analytique (Descartes) : invention des coordonné es.
XVIIIème siècle  Géométrie descriptive (Monge) 
XIXème siècle  Invention des géométries non euclidiennes (Lobachevski et Riemann)
XXè me siècle Une géométrie est un ensemble de transformation sur un ensemble d'objets avec un ensemble de règles.

 

Dictionnaire illustré de géométrie plane

Figure, définition, notation pour les termes :

Les angles
angle  portion du plan délimitée par deux demi-droites de même origine.
angle droit angle dont les côtés sont perpendiculaires 
angle aigu angle plus petit qu'un angle droit. 
angle obtus  angle plus grand qu'un angle droit
angle plat  angle double d'un angle droit
angle rentrant  angle plus grand qu'un angle plat 
angle saillant  angle plus petit qu'un angle plat 
angles complémentaires angles dont la somme des mesures équivaut à celle d'un angle droit
angles supplémentaires  angles dont la somme des mesures équivaut à celle d'un angle plat
 
Le cercle
cercle le cercle de centre O et de rayon r est l'ensemble des points situés à la distance r de O. 
disque ensemble des points situés à l'intérieur d'un cercle
corde  segment dont les extrémités appartiennent au cercle 
diamètre corde passant par le centre
arc portion de cercle délimitée par deux points
tangente droite ayant exactement un point de contact avec un cercle, en ce point la tangente est perpendiculaire au rayon
rayon  segment dont les extrémités sont le centre du cercle et un point du cercle
angles complémentaires angles dont la somme des mesures équivaut à celle d'un angle droit
angles supplémentaires  angles dont la somme des mesures équivaut à celle d'un angle plat

 

Les triangles
triangle polygone de trois côtés. 
triangle acutangle  triangle dont tous les angles sont aigus 
triangle équilatéral triangle ayant ses trois côtés de même longueur
triangle isocèle triangle ayant deux côtés de même longueur
triangle rectangle  triangle ayant un angle droit 
triangle scalène triangle n'étant ni rectangle ni isocèle
hypoténuse le plus grand côté d'un triangle rectangle (les petits s'appellent des "cathètes")

 

Les polygones
polygone  ligne brisée fermée
polygone convexe  polygone tel que tout segment joignant des points intérieurs est intérieur au polygone
polygone concave polygone non convexe 
polygone croisé polygone dont deux côtés sont sécants
polygone régulier  polygone dont tous les angles au sommet sont de même mesure et dont tous les côtés sont de même longueur 
quadrilatère polygone à quatre côtés
penta-, hexa-, hepta-, octo-, ennea-, déca-, endéca, dodéca...gone polygone à 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ... côtés.

Constructions usuelles

Un site illustré et intéressant : http://www.automaths.com/construction/construction.htm

Triangle équilatéral

Pour tracer un triangle équilatéral ABC : tracer un segment [AB], prendre au compas l'ouverture AB. Pointer successivement en A et en B, tracer deux arcs de cercle sécants en C. Tracer les segments [AC] et [BC].

Bissectrice

Soit $\widehat{xOy}$ un angle. Pointer le compas en O, tracer un arc de cercle coupant les deux côtés de l'angle en A et en B. Avec une ouverture quelconque pointer en A puis en B et tracer deux arcs de cercles sécants en un point C. La bissectrice est la demi-droite [OC).

Médiatrice, milieu

Soit [AB] un segment. Prendre une ouverture de compas supérieure à la moitié de AB, pointer successivement en A et en B et tracer deux grands arcs de cercles sécants en deux points C et D. (CD) est la médiatrice de [AB]. L'intersection de [AB] et de (CD) est donc le milieu de [AB].

Angle de 60°, 30° ...

Pour tracer un angle de 60° tracer un triangle équilatéral. Pour tracer un angle de 30°, tracer un angle de 60° puis sa bissectrice ...

Perpendiculaire, hauteur

Pour tracer la perpendiculaire à une droite D passant par un point A, pointer le compas en A, prendre une ouverture assez grande pour tracer un arc coupant D en deux points B et C, puis tracer la bissectrice de [BC].

Parallèle

Pour tracer la parallèle à une droite D passant par un point A, tracer la perpendiculaire, puis la perpendiculaire à la perpendiculaire. ou Prendre une ouverture de compas assez grande pour tracer un arc coupant D en deux points B et C, puis tracer un parallélogramme ABCD en reportant la longueur BC à partir de A et la longueur AB à partir de C.

Les droites remarquables du triangle

Les hauteurs

On appelle hauteur du triangle toute droite perpendiculaire à un côté et passant par le sommet opposé. Les trois hauteurs se coupent en un même point (elles sont "concourantes") appelé l'orthocentre du triangle.

Si le triangle est acutangle, l'orthocentre est à l'intérieur du triangle, si le triangle est obtusangle, l'orthocentre est extérieur au triangle, si le triangle est rectangle, l'orthocentre est le sommet de l'angle droit.

Les médianes

On appelle médiane du triangle toute droite passant par un sommet et le milieu du côté opposé.

Les trois médianes se coupent en un même point appelé le centre de gravité du triangle. Le centre de gravité partage les segments des médianesintérieurs au rectangle dans un rapport de 1/3.

 

Les médiatrices

Les trois médiatrices des côtés du triangle se coupent en un même point appelé le centre de cercle circonscrit au triangle.

 

Les bissectrices

Les trois bissectrices des angles du triangle se coupent en un même point appelé le centre de cercle inscrit au triangle.

Les quadrilatères convexes remarquables

Les trapèzes

Un quadrilatère convexe est un trapèze s'il a deux côtés parallèles. Si de plus il a un axe de symétrie, c'est un trapèze isocèle. S'il a un angle droit, le trapèze est dit trapèze rectangle.

 

Les parallélogrammes

Un quadrilatère est un parallélogramme si l'une des caractérisations suivantes est vérifiée :

Les losanges

Un quadrilatère est un losange si l'une des caractérisations suivantes est vérifiée :

ses côtés de même longueur 

c'est un parallélogramme et ses diagonales sont perpendiculaires 

c'est un parallélogramme et deux côtés consécutifs sont de même longueur 

Les rectangles

Un quadrilatère est un rectangle si l'une des caractérisations suivantes est vérifiée :

il a trois angles droits 

c'est un parallélogramme et ses diagonales sont de même longueur 

c'est un parallélogramme et deux côtés sont perpendiculaires

Les carrés

Un quadrilatère est un carré si l'une des caractérisations suivantes est vérifiée :

c'est un losange et il a un angle droit

c'est un rectangle et ses diagonales sont perpendiculaires

Quelques théorèmes importants

Le théorème de Pythagore

Si ABC est un triangle rectangle en A, on a : MATH.

 

La contraposée du théorème de Pythagore

Si, dans un triangle ABC, MATH, alors ABC n'est pas rectangle en A.

 

La réciproque du théorème de Pythagore

Si dans un triangle ABC, on a MATH , alors ABC est rectangle en A.

 

Le théorème de la droite des milieux

Premier énoncé

 

Si ABC est un triangle, M le milieu de [AB] et N le milieu de [AC], 

on a : (MN) // (BC) et BC = 2 MN.

Deuxième énoncé

 

Si ABC est un triangle, M le milieu de [AB] et D la droite parallèle à (BC) passant par M, 

alors D coupe [AC] en son milieu.

 

Le théorème de Thalès

Si D1 et D2 sont deux droites sécantes, des droites parallèles sécantes avec D1 et D2 définissent sur elles des segments proportionnels.

On a ainsi AE/AD = BC/BF

 

dans une situation "en triangle" ou "en papillon", on a aussi l'égalité des rapports pour le troisième côté.

On a ici : 

OA/OE=OB/OC=AB/EC et OA/OD=OB/OF=AB/DF  

 

Le théorème de l'angle inscrit

cas général

Soit C un cercle de centre O, soient A et B deux points de C soient M et N deux points du même arc AB alors on a : MATH

 
 
 
Le cas du triangle rectangle

Si [AB] est un diamètre du cercle C de centre O, et si M est un point de C, distinc de A et de B, alors l'angle $\widehat{AMB}$ est droit. La médiane relative à l'hypoténuse vérifie : AO=OB=OC.

 

Angles et parallèles

MATH car ils sont opposés par le sommet.

MATH car ils sont correspondants.

MATH car ils sont alternes internes.

 

 

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