M. Betscher / Mathématiques

Triangles semblablesAgrandissements et réductions

La taille change. La forme se conserve. Comment le reconnaître, le justifier et s’en servir pour calculer ?

Cinq parties de 11 à 41 min de lecture, puis la feuille d’exercices.

Ressources

Chapitre

01A · Géométrie

Troisième

Cinq parties

puis la feuille d’exercices

M. Betscher

Site personnel

Publié

Octobre 2026

Les figures se manipulent à la souris ou au doigt ; chaque réponse se dévoile à la demande.

La Géométrie, assise à une table couverte d’instruments ; autour d’elle, un homme vise une étoile au quadrant, un maçon, un arpenteur qui mesure un champ.
Figure 1. Mesurer sans toucher. Autour de la table de la Géométrie, un homme vise une étoile avec un quadrant, un autre arpente un champ : on calcule ce qu’on ne peut pas mesurer directement, grâce à des triangles de même forme. C’est le fil de ce chapitre.Typus Geometriae, gravure sur bois de la Margarita philosophica de Gregor Reisch, 1503. Domaine public.

POUR COMMENCER

Ce que ce chapitre permet de comprendre

En quatrième, tu as appris à reconnaître des triangles égaux : mêmes longueurs, mêmes angles, deux triangles superposables. Nous allons maintenant comparer des triangles qui ont la même forme sans avoir la même taille. Une photo et son agrandissement, une carte et le terrain, une maquette et le voilier réel posent la même question : qu’est-ce qui est conservé, qu’est-ce qui est multiplié ?

  • Démontrer : deux paires d’angles de même mesure suffisent à garantir que deux triangles ont la même forme, et donc que leurs côtés sont proportionnels.
  • Calculer : trouver une longueur inaccessible à partir d’un triangle mesurable.
  • Contrôler : dans un agrandissement ou une réduction de rapport les longueurs sont multipliées par les aires par et les volumes par

Ce chapitre est un pilier de l’année : l’exercice « triangles semblables » est un grand classique de troisième. Le théorème de Thalès (chapitre 01C) reprendra ces idées dans des configurations particulières ; la trigonométrie (chapitre 08) repose aussi sur cette conservation de la forme.

Automatismes

À faire mentalement, sans poser de calcul, puis à refaire de mémoire ; ouvre ensuite la réponse pour te corriger. Les quatre premières questions réactivent les chapitres précédents.

01Simplifier

Voir la réponse

02Calculer

Voir la réponse

03Calculer et

Voir la réponse

et

04Décomposer en produit de facteurs premiers.

Voir la réponse

05Deux angles d’un triangle mesurent et Le troisième ?

Voir la réponse

06Un triangle rectangle a un angle de Ses deux autres angles ?

Voir la réponse

L’angle droit vaut le dernier vaut

07Citer les trois cas d’égalité des triangles.

Voir la réponse

Trois côtés ; un angle compris entre deux côtés ; un côté compris entre deux angles. Ce sont les cas CCC, CAC et ACA.

08Calculer et Que dire d’un triangle de côtés

Voir la réponse

et Le triangle est rectangle, par la réciproque du théorème de Pythagore ; le côté de longueur est l’hypoténuse.

09Sur un plan à l’échelle que représente

Voir la réponse

soit dans la réalité. Les échelles sont reprises en partie 4.

10On double les deux dimensions d’un rectangle Quelle est sa nouvelle aire ?

Voir la réponse

soit quatre fois l’aire initiale les deux dimensions doublent, l’aire est multipliée par L’effet d’un agrandissement sur les aires est étudié en partie 4.

1 · RAPPELS

Égalité, angles et démonstrations

Avant de comparer des triangles de tailles différentes, on remet au clair la comparaison la plus exigeante : l’égalité.

Deux exemplaires du même triangle

DÉFINITION

Deux triangles sont égaux, ou superposables (isométriques), lorsqu’on peut les faire coïncider exactement, quitte à glisser, tourner ou retourner l’un d’eux. Leurs côtés sont deux à deux de même longueur et leurs angles deux à deux de même mesure. Les sommets qui coïncident sont homologues.

Deux exemplaires du même triangle peuvent donc être placés différemment. Pour et la correspondance peut être même lorsque le second est retourné.

Figure 2.

Quelles données imposent le triangle ?

Les marques indiquent seulement les données du cas choisi. Les côtés de même longueur portent le même nombre de traits ; les angles de même mesure, le même nombre d’arcs.
PROPRIÉTÉ · LES TROIS CAS D’ÉGALITÉ

Deux triangles sont égaux dès que l’une des trois conditions suivantes est vérifiée :

Cas d’égalitéDonnées suffisantes
Cas 1 « côté-côté-côté » (CCC)Les trois côtés sont deux à deux de même longueur.
Cas 2 « côté-angle-côté » (CAC)Un angle de même mesure compris entre deux côtés deux à deux de même longueur.
Cas 3 « angle-côté-angle » (ACA)Un côté de même longueur compris entre deux angles deux à deux de même mesure.

En cinquième, la construction des triangles montrait déjà que trois données bien choisies suffisent : il n’est pas nécessaire de connaître les trois côtés et les trois angles.

ATTENTION

Dans le cas CAC, l’angle doit être compris entre les deux côtés. Deux côtés et un angle « mal placé » peuvent permettre de construire deux triangles différents.

Le cas ACA servira dans la démonstration centrale : on construira, dans le grand triangle, une copie égale au petit.

Nommer les angles avant de les comparer

DÉFINITIONS
  • Deux angles opposés par le sommet ont le même sommet et des côtés dans le prolongement l’un de l’autre, deux à deux. Ils n’ont aucun côté commun. Exemple : et
  • Une sécante coupe deux droites en deux points distincts, un sur chacune. Ici, coupe en et en
  • Deux angles correspondants ont des sommets différents, sont du même côté de la sécante, l’un à l’intérieur des deux droites et l’autre à l’extérieur. Exemple : et
  • Deux angles alternes-internes ont des sommets différents, sont de part et d’autre de la sécante (« alternes ») et entre les deux droites (« internes »). Exemple : et
Figure 3.

Une sécante, trois paires d’angles

Les droites et restent parallèles. Les angles sélectionnés sont repérés par un arc orange.

Ces définitions ne supposent pas les droites parallèles. La position des angles permet de les nommer ; elle ne suffit pas à assurer l’égalité de leurs mesures. On lit « la droite est parallèle à la droite elles ont la même direction et ne se coupent pas, comme deux lignes d’un cahier.

PROPRIÉTÉS
  • Deux angles opposés par le sommet ont la même mesure.
  • Si deux droites parallèles sont coupées par une sécante, alors les angles correspondants qu’elles forment ont la même mesure, et les angles alternes-internes aussi.
Pourquoi ces angles ont-ils la même mesure ?

Les points sont alignés dans cet ordre, ainsi que et Donc les angles opposés par le sommet ont la même mesure.

Pour les parallèles, l’idée est la suivante : on fait glisser la droite le long de la sécante jusqu’en comme elle est parallèle à elle garde sa direction et vient se poser sur et l’angle vient exactement sur Enfin, (opposés par le sommet) et (correspondants), donc

Une preuve se construit pas à pas

DÉFINITION

Une démonstration part de faits connus, les hypothèses (énoncé, résultats déjà établis), pour déduire une conclusion, sans rien supposer d’autre. Chaque pas s’écrit en trois temps :

  1. « On sait que… » : les hypothèses utiles.
  2. « Or… » : la propriété, la définition ou la règle applicable, citée en toutes lettres.
  3. « Donc… » : ce qu’elle donne sur la figure.

La conclusion d’un pas peut devenir l’hypothèse du suivant. Le carré noir ■ se lit « fin de la démonstration » : le résultat annoncé est établi.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle J1, « Démontrer une propriété » ; modèle D1, « Démontrer que deux angles ont la même mesure ».

Trois outils à retrouver

TRIANGLE ISOCÈLE

Un triangle isocèle a deux côtés de même longueur ; leur sommet commun est le sommet principal, et le troisième côté est la base. Les deux angles dont le sommet est sur la base sont les angles à la base ; le troisième est l’angle au sommet principal.

  • Si un triangle est isocèle, alors ses deux angles à la base ont la même mesure.
  • Réciproquement, si un triangle a deux angles de même mesure, alors il est isocèle, et ses deux côtés de même longueur partent du troisième sommet.

Un triangle isocèle est symétrique par rapport à la médiatrice de sa base, et cette symétrie échange les deux angles à la base.

TRIANGLES EMBOÎTÉS · THALÈS EN QUATRIÈME

Dans un triangle si et alors :

Figure 4.

Trois rapports qui restent égaux

Dans l’unité du dessin, et Déplace avec le curseur, la souris ou le doigt : suit sur et reste parallèle à Le second bouton place ailleurs sur sans parallélisme, les rapports ne sont plus égaux.

Ce théorème sera repris et étendu au chapitre 01C. Ici, il intervient au cœur des démonstrations de la caractérisation angulaire.

RÉCIPROQUE DE PYTHAGORE

Dans un triangle rectangle, le côté opposé à l’angle droit est l’hypoténuse : c’est le plus grand côté. Si, dans un triangle, le carré du plus grand côté est égal à la somme des carrés des deux autres côtés, alors ce triangle est rectangle, et l’angle droit est en face du plus grand côté.

se lit au carré » et vaut Si alors

Démontrer la réciproque avec le cas CCC

Soit un triangle dont le plus grand côté est avec On construit un triangle rectangle en avec et D’après le théorème de Pythagore, donc

Les triangles et ont leurs trois côtés deux à deux de même longueur : ils sont égaux (cas « côté-côté-côté »), et l’angle est droit comme

Sur une copie, on calcule les deux membres séparément : on ne sait pas encore s’ils sont égaux, et écrire l’égalité d’emblée, ce serait supposer ce que l’on veut démontrer.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle J2, « Démontrer qu’un triangle est rectangle ».

POUR S’ENTRAÎNER

Méthodes et exercices

Les modèles de rédaction, les exercices d’application et les questions flash de cette partie, dans l’ordre du cours.

1 · Égalité, angles et démonstrations

MODÈLE J1

Démontrer une propriété

Les étapes
  1. On sait que : écrire les hypothèses utiles, tirées de l’énoncé ou d’une question précédente.
  2. Or : citer en toutes lettres la propriété, la définition ou la règle de calcul qui s’applique.
  3. Donc : écrire ce qu’elle donne sur la figure.
  4. Enchaîner si besoin : la conclusion obtenue devient une donnée ; recommencer jusqu’au résultat demandé, puis finir par ■.

Ici, un seul pas mène au résultat : la copie se termine par ■ dès l’étape 3. Une fois les triangles égaux, on peut affirmer sans mesurer que et

À résoudre

Les triangles et vérifient et Démontrer que ces triangles sont égaux.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

On sait que que et que Le côté est compris entre les angles et et le côté entre les angles et

Or, si deux triangles ont un côté de même longueur compris entre deux angles deux à deux de même mesure, alors ils sont égaux (cas « angle-côté-angle »).

Donc les triangles et sont égaux. ■

Au TD : 5.4 a), perfectionnement facultatif

MODÈLE D1

Démontrer que deux angles ont la même mesure

Les étapes
  1. On sait que : citer les deux droites parallèles et la sécante qui les coupe, avec les deux points d’intersection ; dire si les deux angles sont correspondants ou alternes-internes.
  2. Or : citer la propriété : si deux droites parallèles sont coupées par une sécante, alors les angles correspondants (ou alternes-internes) qu’elles forment ont la même mesure.
  3. Donc : écrire l’égalité de leurs mesures.

Avec des angles alternes-internes, la rédaction est la même : on remplace le mot « correspondants » par « alternes-internes ». Cet exemple sert de fil rouge : la question 2 se rédige avec le modèle D2, la question 3 avec le modèle L1.

À résoudre

Fil rouge – Les points sont alignés dans cet ordre ; les triangles et sont du même côté de la droite et et

  1. Démontrer que les angles et ont la même mesure.
  2. Démontrer que les triangles et sont semblables.
  3. En déduire les longueurs et

Ici, seule la question 1 est rédigée : la question 2 relève du modèle D2 et la question 3 du modèle L1, dans les parties 2 et 3.

Voir la figure et le calcul guidé.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

1. On sait que les droites et sont parallèles, et que la droite les coupe en et en les angles et sont correspondants.

Or, si deux droites parallèles sont coupées par une sécante, alors les angles correspondants qu’elles forment ont la même mesure.

Donc

Au TD : 2.2 a), 6.1 a)

MODÈLE J2

Démontrer qu’un triangle est rectangle

Les étapes
  1. Repérer le plus grand côté.
  2. Calculer séparément le carré du plus grand côté et la somme des carrés des deux autres côtés.
  3. Comparer ; s’ils sont égaux, conclure avec la réciproque du théorème de Pythagore : le triangle est rectangle, et l’angle droit est en face du plus grand côté.
À résoudre

Le triangle vérifie et Démontrer que ce triangle est rectangle.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Dans le triangle le plus grand côté est

D’une part, D’autre part,

Ainsi Or, si le carré du plus grand côté d’un triangle est égal à la somme des carrés des deux autres côtés, alors ce triangle est rectangle, et l’angle droit est en face du plus grand côté (réciproque du théorème de Pythagore). Donc le triangle est rectangle en

Au TD : 2.4 a), 4.1 d)

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Deux triangles ont leurs trois angles deux à deux de même mesure. Sont-ils forcément égaux ?

Voir la réponse

Non : même forme, mais tailles éventuellement différentes (c’est tout l’objet de la partie 2 !).

02 et vérifient et Sont-ils égaux ? Citer le cas utilisé.

Voir la réponse

Oui, cas « côté-angle-côté » : l’angle est compris entre et

03Dans les triangles et on sait que et Quelle donnée manque-t-il pour conclure qu’ils sont égaux ?

Voir la réponse

Il manque une troisième donnée, par exemple (cas « angle-côté-angle ») ou (cas « côté-angle-côté »).

Au TD, les exercices cités dans cette partie, avec leur corrigé : 2.2, 2.4, 4.1, 5.4, 6.1.

Partie 2 sur 5

Triangles semblables

À TOI

Des mesures à la conjecture

  1. Sur la figure 1, juste en dessous, clique (ou touche) chacun des six côtés : une règle graduée se pose dessus et la longueur s’inscrit dans le tableau, sous les triangles.
  2. Le tableau range les côtés par paires : les côtés face aux angles de même mesure (mêmes marques). Pour chaque paire, calcule sur ton cahier le quotient « arrivée divisée par départ », puis vérifie avec « Afficher le quotient ».
  3. Compare les trois quotients, puis formule une conjecture (une affirmation pensée vraie à partir d’observations, mais pas encore démontrée) : complète la phrase proposée sous la figure. Pourquoi compare-t-on les côtés face aux angles de même mesure, et pas des côtés pris au hasard ?
Figure 1.

Qu’est-ce qui reste identique ?

Déplace le point

Un agrandissementToutes les longueurs sont multipliées par

0,5 · réduction2 · agrandissement
0°360°
Les mêmes marques repèrent les angles homologues. Déplace puis change ou l’orientation : les angles des deux triangles gardent deux à deux la même mesure. Les mesures affichées sont arrondies.

TA CONJECTURE

« Si deux triangles ont leurs angles deux à deux de même mesure, alors… »

Voir la correction expliquée

Les trois quotients sont voisins du même nombre, aux arrondis près. On conjecture : « Si deux triangles ont leurs angles deux à deux de même mesure, alors les longueurs de leurs côtés homologues sont proportionnelles. »

On compare les côtés face aux angles de même mesure parce qu’ils jouent le même rôle dans les deux triangles. Une conjecture est une affirmation pensée vraie à partir d’observations, mais pas encore démontrée. Quelques mesures, même concordantes, ne constituent pas une preuve. Le théorème et ses deux démonstrations suivent.

2.1 · DÉFINITION

Une forme, un rapport

Les triangles de l’expérience d’ouverture ont initialement les angles et Leur taille diffère, mais leurs angles sont deux à deux de même mesure.

Dans l’activité « Des mesures à la conjecture », juste au-dessus, les trois quotients « arrivée divisée par départ » étaient égaux. La définition qui suit fixe cette propriété.

DÉFINITION

Deux triangles sont semblables lorsqu’on peut faire correspondre leurs sommets deux à deux de façon que les longueurs des côtés qui se correspondent soient proportionnelles. Le coefficient de proportionnalité du premier vers le second est le rapport de similitude il est strictement positif. Les sommets et les côtés qui se correspondent sont homologues.

se lit prime prime sur égale Cela signifie et de même pour les autres côtés. Le rapport dépend du sens : dans le sens inverse, il vaut Si on agrandit ; si on réduit ; si les triangles sont égaux.

L’ordre des lettres indique la correspondance. Écrire (on lit « le triangle est semblable au triangle c’est annoncer (on lit correspond à prime »), Le symbole ne dispense jamais de respecter cet ordre.

Triangle1re paire2e paire3e paire

Deux triangles égaux sont donc semblables avec la similitude est une notion plus large que l’égalité. Glisser, tourner ou retourner un triangle en miroir ne modifie ni ses longueurs ni ses angles.

Figure 5.

Multiplier ou ajouter ?

Départ : et
Compare les trois rapports, en associant le petit côté au petit, le moyen au moyen et le grand au grand.

Exemple : un triangle de côtés et un triangle de côtés donnent Le rapport inverse vaut En ajoutant à chaque côté, on obtient les quotients et diffèrent. Ces triangles ne sont pas semblables.

Pourquoi « arrivée divisée par départ », dans la même unité ?

Par définition, étant non nul, on divise les deux membres par Le quotient compare deux longueurs et n’a pas d’unité : elles doivent être exprimées dans la même unité.

Avec et on trouve Écrire pour comparer et serait faux : représente bien

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle A1, « Calculer un rapport ou une échelle ».

Pourquoi ranger les côtés avant de comparer ?

Multiplier par un nombre conserve l’ordre : si alors Le petit côté correspond donc au petit, le moyen au moyen et le grand au grand. Si les trois rapports entre côtés rangés ne sont pas égaux, aucune autre association ne peut fournir trois rapports égaux.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle R2, « Reconnaître par les côtés ».

DEUX RAPPORTS NE SUFFISENT PAS

Deux rapports égaux ne suffisent pas lorsque l’on utilise la définition par les trois côtés. Par exemple, avec deux triangles de côtés et mais donc Les triangles ne sont pas semblables. Le troisième rapport n’est pas un contrôle facultatif : il fait partie de la preuve.

2.2 · CARACTÉRISATION ANGULAIRE

Deux angles, puis une preuve

CARACTÉRISATION ANGULAIRE

Deux triangles sont semblables si, et seulement si, leurs angles sont deux à deux de même mesure. Les sommets d’angles de même mesure sont homologues ; les côtés opposés à ces angles sont aussi homologues.

  • Si deux triangles ont leurs angles deux à deux de même mesure, alors leurs côtés sont proportionnels.
  • Réciproquement, si les côtés de deux triangles sont proportionnels, alors leurs angles sont deux à deux de même mesure.

« Si, et seulement si » signifie que les deux implications sont vraies, et que chacune doit être démontrée (les deux démonstrations sont en fin de partie, pour aller plus loin). En clair : avoir la même forme, c’est avoir des angles de même mesure ; et avoir des angles de même mesure, c’est avoir des côtés proportionnels. Une caractérisation est une propriété équivalente à la définition : elle permet de reconnaître l’objet.

TA CONJECTURE

« Pour être sûr que deux triangles ont la même forme, il suffit de connaître… »

DEUX ANGLES SUFFISENT

Si deux triangles ont deux angles deux à deux de même mesure, alors les troisièmes angles ont aussi la même mesure, et les triangles sont donc semblables.

Figure 6.

Ce que les angles nous disent

Les mesures sont données en degrés. Les triangles ne sont pas dessinés à la même échelle. Change les angles, puis essaie le cas « Un seul angle de même mesure ».
Pourquoi deux angles suffisent-ils ?

La somme des angles d’un triangle vaut (propriété démontrée en cinquième). Si et alors :

C’est une preuve directe par calcul à partir d’une propriété connue.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle R1, « Reconnaître par les angles » ; exercice « Reprendre le même modèle ».

Même forme, lettres dans un autre ordre

TriangleAngles donnés
Figure 7.

Poser sur

Fais glisser le curseur dans les deux sens, ou joue les mouvements un par un. Glisser, tourner et retourner ne changent ni les longueurs ni les angles ; agrandir multiplie toutes les longueurs par un même nombre et conserve les angles.

Les sommets homologues sont ceux des angles de même mesure : Donc On écrit

Si et le rapport de vers est Donc et Dans chaque triangle, le plus grand angle vaut (sommets et les côtés opposés et sont bien associés ensemble.

Un angle donné, parfois deux formes

Dans un triangle isocèle, un angle connu peut être au sommet principal ou à la base. Les deux possibilités doivent être examinées. Une position est impossible si les deux angles à la base atteignent ou dépassent ensemble

Figure 8.

Où placer l’angle connu ?

À gauche, l’angle donné est au sommet principal. À droite, on essaie de le placer à la base. Une somme d’angles supérieure à ne forme aucun triangle.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle R3, « Trouver les angles d’un triangle isocèle ».

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle D2, « Démontrer que deux triangles sont semblables (deux paires d’angles) ».

Justifier une paire d’angles de même mesure : une phrase par source

Dans une paire, l’angle du premier triangle nommé dans l’énoncé s’écrit à gauche du signe

  • Donnée de l’énoncé. « On sait de même que car c’est une donnée de l’énoncé. »
  • Angle commun. « L’angle en est commun aux triangles et (avec et donc Sur des demi-droites : « avec et
  • Angles opposés par le sommet. « Les angles et sont opposés par le sommet (avec les droites et sécantes en donc
  • Angles formés par des parallèles. « On sait de même que car ce sont des angles alternes-internes formés par les parallèles et avec la sécante Ou « correspondants », selon leur position.
  • Angles droits (configuration des hauteurs, partie 3.3). « On sait de même que car ces deux angles sont droits : et

Dans la conclusion, le second triangle est nommé dans l’ordre des correspondances : si sur correspond à on écrit « Donc les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant  » L’ordre est essentiel.

À NE PAS CONFONDRE
  • Un seul angle de même mesure ne suffit pas : les triangles d’angles –– et –– ont un angle de en commun et ne sont pas semblables. Il faut deux paires d’angles de même mesure.
  • Semblables signifie même forme ; même taille exige en plus
  • « Ça a l’air pareil » n’est pas une preuve. Il faut les données, les angles ou les trois rapports.

Vrai, faux : que faut-il prouver ?

CONTRE-EXEMPLE

Un contre-exemple vérifie les hypothèses d’une affirmation générale mais pas sa conclusion. Un seul suffit à démontrer que l’affirmation est fausse. Les deux triangles isocèles –– et –– réfutent ainsi « deux triangles isocèles avec un angle de sont toujours semblables ».

Pourquoi cent exemples ne prouvent-ils pas « toujours » ?

Une affirmation générale porte sur tous les triangles concernés, en nombre infini. Même cent exemples laissent tous les autres de côté. Pour dire « vrai », il faut un argument valable pour tous : définition ou propriété. Pour dire « faux », un seul contre-exemple chiffré et vérifiable suffit.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle T2, « Répondre à un vrai ou faux ».

Pour aller plus loin : la démonstration centrale perfectionnement

La caractérisation angulaire se démontre avec les outils de la partie 1. On assemble un cas d’égalité, les angles correspondants formés par des parallèles et la proportionnalité dans des triangles emboîtés. La figure auxiliaire permet de passer de deux triangles séparés à une configuration connue.

Figure 9.

Des angles de même mesure aux côtés proportionnels

1 / 7
  1. Données

    Deux triangles et tels que et (donc aussi , car deux angles suffisent).

    But : montrer que

  2. Cas particulier

    Cas particulier réglé d’avance : si , le côté est de même longueur que et compris entre deux angles deux à deux de même mesure : d’après le cas d’égalité « angle-côté-angle », les triangles sont égaux, donc leurs côtés sont proportionnels (avec

    On suppose désormais (sinon, on échange les rôles des deux triangles : on ne perd rien en généralité).

  3. Étape 1

    Fabriquer une copie du petit triangle dans le grand. On place le point sur tel que , et on trace la parallèle à passant par  : elle coupe en un point .

  4. Étape 2

    Montrer que est égal à . Les droites et sont parallèles, coupées par la sécante  : les angles correspondants et ont donc la même mesure (partie 1). Or par hypothèse, donc .

  5. Étape 2, suite

    Dans les triangles et  : (même angle, puis hypothèse) ; (construction) ; (ci-dessus).

    Le côté est compris entre les deux angles : d’après le cas d’égalité « angle-côté-angle », les triangles et sont égaux. En particulier : et .

  6. Étape 3

    Récolter la proportionnalité. , et  : d’après la proportionnalité dans les triangles emboîtés (partie 1) :

  7. Conclusion

    En remplaçant , et par les longueurs égales trouvées à l’étape 2 :

    Les côtés des deux triangles sont proportionnels : et sont semblables. ■

Outil de démonstration : preuve directe avec figure auxiliaire, après un cas particulier réglé d’avance. Le curseur règle la taille de à toute étape, la figure se redessine aussitôt. Survole ou touche un objet nommé dans le texte pour le retrouver sur la figure.
perfectionnement Réciproque · des côtés proportionnels aux angles de même mesure

Donnée. Si le cas CCC donne des triangles égaux, donc des angles de même mesure. Si on échange les triangles : il suffit de traiter

  1. Placer sur avec et tracer parallèle à avec Thalès donne :
  2. Ainsi et et ont trois côtés deux à deux de même longueur : ils sont égaux par CCC, donc leurs angles homologues ont la même mesure.
  3. (mêmes demi-droites). Les parallèles donnent et comme angles correspondants. et ont donc leurs angles deux à deux de même mesure. ■

La réciproque est à connaître : elle permet notamment de conclure « pas semblables » si les ensembles d’angles diffèrent.

2.3 · UN TROISIÈME CRITÈRE

L’angle entre les deux côtés

Quand on ne connaît qu’un angle et des longueurs, on ne peut pas utiliser seul le critère des deux angles. Un troisième critère prend le relais.

CRITÈRE CAC DE SIMILITUDE · ADMIS

Si deux triangles ont un angle de même mesure compris entre deux côtés deux à deux proportionnels, alors ils sont semblables.

Autrement dit : si et alors les triangles et sont semblables.

Figure 10.

Poser sur

Choisis les longueurs de puis fais glisser le curseur ou joue les mouvements. Glisser ne change ni les longueurs ni les angles ; agrandir multiplie toutes les longueurs par un même nombre.
L’idée de la preuve

Ce critère est aux triangles semblables ce que le cas d’égalité « côté-angle-côté » (en abrégé « CAC ») est aux triangles égaux : on y remplace « côtés deux à deux de même longueur » par « côtés deux à deux proportionnels ». Comme pour le cas d’égalité, l’angle doit être compris entre les deux côtés.

Sa preuve repose sur un cas d’égalité et sur la proportionnalité dans les triangles emboîtés. Si les rapports égaux imposent le cas « côté-angle-côté » montre directement que les triangles sont égaux. Si on échange les rôles des deux triangles. Si on place sur avec et la parallèle à passant par coupe en

Les triangles emboîtés donnent donc Les triangles et sont alors égaux (cas « côté-angle-côté ») ; or les angles de ont la même mesure que ceux de (angle commun et angles correspondants), donc ceux de aussi : d’après la caractérisation angulaire, et sont semblables.

Figure 11.

Un angle de même mesure, deux rapports à examiner

L’angle codé est compris entre les deux côtés comparés. Aucun parallélisme n’est nécessaire dans le critère CAC.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle D3, « Démontrer avec le critère CAC ».

POUR S’ENTRAÎNER

Méthodes et exercices

Les modèles de rédaction, les exercices d’application et les questions flash de cette partie, dans l’ordre du cours.

2.1 · Une forme, un rapport

MODÈLE A1

Calculer un rapport ou une échelle

Les étapes
  1. Choisir deux longueurs homologues connues et les écrire dans la même unité.
  2. Diviser la longueur d’arrivée par la longueur homologue de départ : c’est simplifier.
  3. Conclure : si c’est un agrandissement ; si une réduction ; pour un plan ou une carte, l’échelle s’écrit

Le même modèle sert pour une échelle (partie 4.1).

À résoudre

Les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant et Donner le rapport de similitude de vers

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Les côtés et sont homologues, car ils joignent les sommets homologues et ils sont dans la même unité.

Le rapport de similitude de vers est

On a donc le triangle est un agrandissement du triangle de rapport

Au TD : 1.4 a), 2.1 a), 3.4 a), 3.8 c), e) ; 6.3 a)

MODÈLE R2

Reconnaître par les côtés

Les étapes
  1. Ranger les trois côtés de chaque triangle du plus petit au plus grand en nommant les côtés.
  2. Calculer séparément les trois rapports des côtés de même rang, du premier triangle vers le second : petit avec petit, moyen avec moyen, grand avec grand.
  3. Écrire l’égalité des trois rapports (ou la non-égalité) et conclure : égaux, les longueurs des côtés sont proportionnelles et les triangles sont semblables, de rapport sinon, ils ne le sont pas.

Le tri ne remplace pas la preuve : il empêche seulement d’apparier au hasard.

À résoudre

Dans les triangles et on donne et Ces triangles sont-ils semblables ? Justifier par les trois rapports.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Je range les côtés de chaque triangle du plus petit au plus grand :
Dans Dans

Je calcule les trois rapports des côtés de même rang, de vers

On a les trois rapports sont égaux, les longueurs des côtés sont proportionnelles, donc les triangles et sont semblables de rapport de vers (agrandissement).

(Si deux rapports sont différents, on écrit l’inégalité, par exemple et on conclut que les triangles ne sont pas semblables.)

Au TD : 1.2

2.2 · Deux angles, puis une preuve

MODÈLE R1

Reconnaître par les angles

Les étapes
  1. Calculer le troisième angle de chaque triangle : moins la somme des deux angles connus.
  2. Écrire les trois angles de chaque triangle, du plus petit au plus grand.
  3. Comparer et conclure avec la caractérisation angulaire : angles deux à deux de même mesure, les triangles sont semblables ; sinon, ils ne le sont pas.

La conclusion « pas semblables » utilise l’autre sens du théorème : deux triangles semblables ont des angles deux à deux de même mesure.

À résoudre

Triangle no 1 : deux angles de et Triangle no 2 : deux angles de et Ces triangles sont-ils semblables ?

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Dans le triangle no 1, le troisième angle mesure : Dans le triangle no 2, le troisième angle mesure :

Les angles du triangle no 1 sont et ceux du triangle no 2 sont et

Les deux triangles ont des angles deux à deux de même mesure : d’après la caractérisation angulaire, ils sont semblables.

Au TD : 1.1, 3.8 d), 6.4 a)

À TOI

Reprendre le même modèle

Triangle no 1 : deux angles de et Triangle no 2 : deux angles de et Ces triangles sont-ils semblables ?

Voir la correction expliquée

Dans le triangle no 1, le troisième angle mesure et dans le triangle no 2, il mesure les deux triangles ont les angles et d’après la caractérisation angulaire, ils sont semblables.

MODÈLE R3

Trouver les angles d’un triangle isocèle

Les étapes
  1. Placer l’angle donné au sommet principal : les deux angles à la base, de même mesure, valent chacun moins cet angle, divisé par
  2. Placer l’angle donné à la base : l’autre angle à la base a la même mesure, et l’angle au sommet principal vaut moins leur somme ; si cette somme atteint ou dépasse ce cas est impossible.
  3. Conclure : un seul cas possible, les trois angles sont imposés ; deux cas possibles, deux formes différentes.
À résoudre

Deux triangles isocèles ont chacun un angle de
a) Ces triangles sont-ils forcément semblables ?
b) Même question avec un angle de

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Si l’angle de est l’angle au sommet principal, les deux angles à la base valent chacun les angles sont et Si l’angle de est un angle à la base, l’autre angle à la base mesure aussi et l’angle au sommet principal vaut les angles sont et Deux cas sont possibles, avec des angles différents : ces triangles ne sont pas forcément semblables.

b) Si l’angle de est l’angle au sommet principal, les deux angles à la base valent chacun les angles sont et Si l’angle de était un angle à la base, l’autre angle à la base mesurerait aussi ces deux angles auraient déjà une somme de plus que Ce cas est impossible. Un seul cas est possible : les angles sont forcément et Deux tels triangles ont des angles deux à deux de même mesure : d’après la caractérisation angulaire, ils sont toujours semblables.

Au TD : 1.1 e), 1.5 d) et e)

MODÈLE D2

Démontrer que deux triangles sont semblables (deux paires d’angles)

À résoudre

Les points , , sont alignés dans cet ordre ; et .

  1. Démontrer que .
  2. Démontrer que les triangles et sont semblables.
Les étapes

C’est la rédaction-type du chapitre. Les phrases de justification, selon la source des angles, sont regroupées dans le dépliant « Justifier une paire d’angles de même mesure » de la section 2.2.

La question 1 de cet exemple est rédigée avec le modèle D1.

Sur la copie
  1. 2. ① On sait que , d’après la question 1.
  2. ② On sait de même que , car ce sont des angles correspondants formés par les parallèles et avec la sécante .
  3. ③ Or, si deux triangles ont deux angles deux à deux de même mesure, alors ils sont semblables.
  4. ④ Donc les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant , et . ■

Au TD : 1.3 ; 1.4 a) ; 2.2 b) ; 2.3 a), d) ; 2.4 c), d) ; 3.3 a) ; 3.4 a) ; 5.3 a) ; 6.1 b) ; 6.2 a)

MODÈLE T2

Répondre à un vrai ou faux

Les étapes
  1. Annoncer la réponse : vrai ou faux.
  2. Affirmation vraie : la démontrer pour tous les triangles concernés (par la définition, ou en montrant que leurs angles sont imposés, puis par la caractérisation angulaire).
  3. Affirmation fausse : donner un contre-exemple chiffré, deux triangles qui vérifient l’hypothèse sans vérifier la conclusion.
À résoudre

Vrai ou faux ? Justifier.
a) Deux triangles rectangles qui ont chacun un angle de sont toujours semblables.
b) Deux triangles qui ont chacun un côté de sont toujours semblables.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Vrai. Dans un triangle rectangle qui a un angle de cet angle n’est pas l’angle droit, et le troisième angle vaut Deux tels triangles ont donc des angles deux à deux de même mesure, et d’après la caractérisation angulaire, ils sont toujours semblables. ■

b) Faux. Contre-exemple : un triangle équilatéral de côté dont les trois angles mesurent et un triangle rectangle isocèle dont les côtés de l’angle droit mesurent et dont les angles mesurent et Ils ont chacun un côté de mais pas des angles de même mesure : ils ne sont pas semblables.

Au TD : 1.5 ; utiliser R3 en d) et e)

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Un triangle a des angles de et un autre a des angles de et Sont-ils semblables ?

Voir la réponse

Oui ! Le premier a pour troisième angle le second dans les deux cas, les angles sont

02Deux triangles semblables ont pour rapport de similitude Que valent les angles du second par rapport au premier ?

Voir la réponse

Exactement les mêmes : les angles ne changent jamais, seul agit sur les longueurs.

03Les côtés et définissent-ils des triangles semblables ?

Voir la réponse

Non : mais

2.3 · L’angle entre les deux côtés

MODÈLE D3

Démontrer avec le critère CAC

Les étapes
  1. On sait que : écrire la paire d’angles de même mesure, avec sa justification.
  2. Calculer les rapports des deux paires de côtés qui encadrent ces angles, le plus petit avec le plus petit, et constater qu’ils sont égaux.
  3. Or : citer le troisième critère : si deux triangles ont un angle de même mesure compris entre deux côtés deux à deux proportionnels, alors ils sont semblables.
  4. Donc : conclure en nommant les deux triangles et les trois paires de sommets homologues.

Une seule paire d’angles de même mesure est connue : la caractérisation angulaire ne peut pas conclure seule.

À résoudre

Les segments et se coupent en leur intérieur en et aucune droite parallèle n’est donnée. Démontrer que les triangles et sont semblables.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Les angles et sont opposés par le sommet (avec les droites et sécantes en donc

Les côtés qui encadrent ces angles mesurent et dans le triangle et dans le triangle

Les deux rapports sont égaux.

Or, si deux triangles ont un angle de même mesure compris entre deux côtés deux à deux proportionnels, alors ils sont semblables.

Donc les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant

Au TD : 2.5 a)

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01 les triangles et sont-ils semblables ?

Voir la réponse

Oui : angle de même mesure compris entre côtés proportionnels (CAC de la similitude).

02Même question avec et

Voir la réponse

Non : et aucune façon d’apparier les côtés autour des angles de même mesure ne donne des rapports égaux. Ici l’angle de est le plus petit dans chacun des deux triangles, donc une similitude devrait faire correspondre ces deux sommets.

Au TD, les exercices cités dans cette partie, avec leur corrigé : 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 3.3, 3.4, 3.8, 5.3, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4.

Partie 3 sur 5

Calculer avec des triangles semblables

3.1 · CALCULER DES LONGUEURS

Apparier, poser, résoudre

DÉPART ET ARRIVÉE

On choisit un sens pour comparer deux triangles semblables. Chaque longueur du triangle d’arrivée vaut fois sa longueur homologue dans le triangle de départ : Pour revenir au départ, on divise par

Avec un côté de départ de donne à l’arrivée. Un côté d’arrivée de vient d’un côté de départ de

Dans le fil rouge, D1 a établi et D2 a montré que et sont semblables, avec Il reste à calculer et On connaît et sont alignés dans cet ordre.

Pourquoi apparier, poser, puis résoudre ?

Le même ne vaut que pour des côtés homologues. Diviser des côtés qui ne se correspondent pas ne donne pas le rapport de similitude. On identifie donc les côtés par leurs sommets, jamais « à l’œil ».

Le tableau place chaque côté sous son homologue. Une colonne complète suffit alors pour calculer On multiplie pour aller vers l’arrivée et on divise pour revenir au départ. Les rapports égaux et le sens de variation contrôlent le résultat : si chaque côté d’arrivée doit être plus court.

MODÈLE L1 · CALCULER DES LONGUEURS

  1. Apparier : écrire les côtés homologues, qui joignent deux sommets homologues (jamais « à l’œil »).
  2. Poser : ranger les côtés homologues dans un tableau, triangle de départ en haut, triangle d’arrivée en bas ; s’il n’y a aucune colonne complète, calculer d’abord la longueur qui manque.
  3. Résoudre : calculer le rapport sur une colonne complète : longueur d’arrivée divisée par la longueur homologue de départ.
  4. Calculer chaque longueur cherchée : multiplier par pour aller vers le triangle d’arrivée, diviser par pour revenir vers le triangle de départ.
  5. Vérifier : les rapports des colonnes complètes sont égaux, et le plus petit triangle a les plus petits côtés.
Figure 12.

Du triangle au triangle

Le triangle de départ est en bleu, le triangle d’arrivée est en orange. Suis les cinq étapes du modèle L1.
Tableau des côtés homologues
Triangle1re paire2e paire3e paire
Départ
Arrivée
Étape 1 sur 5
Toute la rédaction L1 sur une copie

D’après la question 2, et les côtés homologues sont et

Le point appartient au segment donc Je range les côtés homologues dans un tableau :

Triangle1re paire2e paire3e paire
Départ
Arrivée

Le rapport de similitude de vers est (réduction).

Pour aller vers le triangle je multiplie par et

Vérification : les rapports sont égaux. Le rapport est strictement inférieur à donc chaque côté de doit être strictement plus court que son homologue dans c’est le cas, et

Le triangle de départ est c’est celui dont on connaît le plus de côtés, une fois calculé. On n’écrit l’égalité des rapports qu’après avoir justifié la similitude et l’appariement. « Donc » relie la géométrie à la proportionnalité ; chaque signe relie des valeurs identiques. Une mesure sur le dessin s’écrit tant qu’un théorème ne garantit pas une égalité exacte.

Le lien avec les produits en croix

DÉFINITION

Pour des nombres avec et

On lit sur égale sur équivaut à fois égale fois En clair : les deux quotients sont égaux exactement quand les produits en croix sont égaux. Exemple : et

Pourquoi cette équivalence ?

On multiplie chaque membre de par le même nombre non nul On obtient Réciproquement, on divise les deux membres par

Figure 13.

Isoler une opération à la fois

Chaque mouvement applique la même opération aux deux membres ; le curseur permet de revenir en arrière. En violet, ce qu’on vient d’appliquer ; un trait orange barre ce qui se simplifie.
Par le coefficientPar produit en croix

puis

donc
et

Les deux méthodes sont valables dans tout tableau de proportionnalité. Le coefficient est rapide quand est simple ; le produit en croix reste disponible pour un quotient compliqué. Dans les copies de ce cours, on utilise qui ressert au contrôle et aux aires ; on ajoute le produit en croix si l’énoncé le demande. Les deux méthodes reviendront au chapitre 01C.

Au TD : 1.4 b), c) ; 2.1 b), c) ; 2.2 c) ; 2.3 ; 2.4 c), d) ; 5.1 b) ; 5.3 ; 6.1 c) ; 6.2 b) ; 6.4 b), c) — L1, après D2 si la similitude reste à démontrer.

Toutes les longueurs suivent le même rapport

HAUTEUR ET MÉDIANE

La hauteur issue d’un sommet est la droite passant par ce sommet et perpendiculaire au côté opposé. On appelle aussi hauteur le segment qui joint le sommet au pied de cette perpendiculaire, ainsi que sa longueur. La médiane est le segment joignant un sommet au milieu du côté opposé ; on appelle aussi médiane sa longueur.

PROPRIÉTÉ

Dans deux triangles semblables de rapport les côtés, périmètres, hauteurs et médianes homologues sont dans le rapport Toute longueur construite de la même manière est multipliée par

Figure 14.

La hauteur suit-elle le même rapport ?

Déplace pour faire sortir le pied du triangle. La hauteur reste perpendiculaire à la droite même lorsque est hors du segment La médiane rejoint toujours le milieu

Exemple : avec si le périmètre vaut une hauteur et une médiane alors et Ce sont des longueurs : facteur jamais

Démontrer le résultat pour les hauteurs, médianes et périmètres

et sont semblables avec On trace les hauteurs et

  • Si alors et les hauteurs sont les côtés et donc le rapport de leurs longueurs vaut
  • Sinon, les triangles et sont rectangles en et en Si est aigu, appartient à la demi-droite éventuellement au-delà de les angles en et sont les angles homologues du départ. S’il est obtus, les angles en et des triangles rectangles valent Dans les deux cas, les triangles rectangles ont deux angles deux à deux de même mesure : ils sont semblables. Ainsi

Pour les médianes et et sont les milieux de et Alors et les angles compris en et ont la même mesure. Le critère CAC de similitude donne d’où

Pour les périmètres et le calcul est direct :

Au TD : 2.1 d) — périmètres.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle V2, « Trouver la première erreur d’une copie ».

3.2 · CONFIGURATION DU PAPILLON

Le papillon

Les segments et se coupent en leur intérieur en et Les triangles et forment la configuration du « papillon ».

Figure 15.

Le papillon conserve ses correspondances

reste sur la demi-droite opposée à sur celle opposée à et sont parallèles pour chaque valeur du rapport.
DEUX PAIRES D’ANGLES DE MÊME MESURE
  • angles opposés par le sommet.
  • angles alternes-internes formés par les parallèles et avec la sécante

Donc et sont semblables et et on calcule comme d’habitude : apparier, poser, résoudre. Au chapitre 01C, le théorème de Thalès permettra d’y accéder directement ; pour l’instant, les angles suffisent amplement.

Figure 16.

Poser sur

Fais glisser le curseur dans les deux sens, ou joue les mouvements un par un. Un demi-tour ne change ni les longueurs ni les angles ; agrandir multiplie toutes les longueurs par un même nombre et conserve les angles.

Pour s’entraîner, en fin de partie : exercice « Une aide qui se retire progressivement » ; modèle J1, « Enchaîner similitude et produits en croix ».

Au TD : 1.4 et 6.2 — modèles D2, A1, L1.

3.3 · CONFIGURATION DES HAUTEURS

Les hauteurs croisées

CONFIGURATION DES HAUTEURS

Si les droites et se coupent en et si et alors les triangles et supposés non aplatis, sont semblables.

Figure 17.

Deux hauteurs, deux triangles rectangles

Les carrés codent les angles droits en et Les triangles mis en évidence gardent l’angle commun en
Pourquoi deux lignes suffisent-elles ?

L’angle en est commun aux triangles et (ou opposé par le sommet dans une autre disposition). Chacun possède aussi un angle droit : car et car

Deux angles deux à deux de même mesure : les triangles et sont semblables, avec (les angles droits),

Figure 18.

Poser sur

Fais glisser le curseur dans les deux sens, ou joue les mouvements un par un. Retourner ne change ni les longueurs ni les angles ; réduire multiplie toutes les longueurs par un même nombre plus petit que et conserve les angles.

Dans le triangle est la hauteur issue de perpendiculaire à et la hauteur issue de perpendiculaire à Ces deux hauteurs donnent la configuration à reconnaître à côté du papillon. On la retrouve aussi dans des problèmes de cercles et de tangentes.

Au TD : 4.5, perfectionnement facultatif — configuration des hauteurs.

POUR S’ENTRAÎNER

Méthodes et exercices

Les modèles de rédaction, les exercices d’application et les questions flash de cette partie, dans l’ordre du cours.

3.1 · Apparier, poser, résoudre

MODÈLE V2

Trouver la première erreur d’une copie

Les étapes
  1. Relire la copie dans l’ordre des étapes : apparier, poser, résoudre.
  2. Citer l’étape fausse et expliquer l’erreur en une phrase, avec la règle du cours.
  3. Rédiger la solution correcte avec les étapes du calcul de longueurs, puis vérifier.

La première erreur compromet la justification des étapes suivantes, même si un résultat ultérieur pouvait tomber juste par hasard.

À résoudre

Les triangles et sont semblables, avec et et Pour calculer Hugo écrit : donc
a) Trouver l’erreur.
b) Rédiger la solution correcte.

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Je relis la copie dans l’ordre des étapes : Hugo calcule un rapport sans avoir apparié les côtés.

L’erreur est à l’étape « apparier » : Hugo a divisé par qui ne sont pas homologues. Or les côtés homologues joignent des sommets homologues : avec et l’homologue de est et celui de est

b) Les angles donnent et donc aussi les troisièmes angles : les côtés homologues sont et

Je range les côtés homologues dans un tableau :

Triangle1re paire2e paire3e paire
Départ
Arrivée

Le rapport de similitude de vers est

Pour aller vers le triangle je multiplie par

Vérification : les rapports sont égaux. Le rapport est strictement supérieur à donc chaque côté de doit être strictement plus long que son homologue dans c’est le cas, et

Au TD : 5.1 ; en b), modèle L1

3.2 · Le papillon

À TOI

Une aide qui se retire progressivement

Sur la figure du papillon (figure 15, section 3.2), on donne : Sur la figure « Le papillon conserve ses correspondances », laisse le rapport à pour retrouver ces données. L’aide se retire à chaque palier : ne lire le suivant qu’après avoir terminé le précédent.

  1. Apparier (trame fournie). Avec et les côtés homologues sont
  2. Palier 2, à ouvrir après le palier 1Poser. Recopier et compléter le tableau des côtés homologues, triangle de départ en haut, triangle d’arrivée en bas.
  3. Palier 3, à ouvrir après le palier 2Résoudre sans formule donnée. Calculer le rapport de vers puis et
  4. Palier 4, à ouvrir après le palier 3Retour, vérification autonome. Les trois rapports valent tous … ; les longueurs sont cohérentes, car …
Voir la correction expliquée

Homologues :

Triangle1re paire2e paire3e paire

rapport commun On a donc chaque côté de est strictement plus long que son homologue dans

MODÈLE J1

Enchaîner similitude et produits en croix

Les étapes
  1. On sait que : écrire les hypothèses utiles, tirées de l’énoncé ou d’une question précédente.
  2. Or : citer en toutes lettres la propriété, la définition ou la règle de calcul qui s’applique.
  3. Donc : écrire ce qu’elle donne sur la figure.
  4. Enchaîner si besoin : la conclusion obtenue devient une donnée ; recommencer jusqu’au résultat demandé, puis finir par ■.

Des triangles semblables donnent des rapports égaux, et une égalité de rapports donne une égalité de produits (produits en croix, partie 3.1) : l’étape 4 enchaîne ce second pas, la conclusion du premier devenant une donnée. La question a) se rédige avec le modèle D2.

À résoudre

Les segments et se coupent en et les droites et sont parallèles.
a) Démontrer que les triangles et sont semblables.
b) En déduire que

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Les angles et sont opposés par le sommet (avec les droites et sécantes en donc On sait de même que car ce sont des angles alternes-internes formés par les parallèles et avec la sécante Or, si deux triangles ont deux angles deux à deux de même mesure, alors ils sont semblables. Donc les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant et

b) On sait que les triangles et sont semblables, les sommets homologues étant et d’après la question a).

Or, si deux triangles sont semblables, alors les longueurs de leurs côtés homologues sont proportionnelles.

Donc

Or, si avec et non nuls, alors c’est l’égalité des produits en croix. Donc c’est-à-dire

Au TD : 4.5 a), b), perfectionnement facultatif

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Dans deux triangles semblables, face à des angles de même mesure, que trouve-t-on ?

Voir la réponse

Des côtés homologues.

02 et sont semblables et avec Que vaut le rapport de similitude de vers Et si

Voir la réponse

donc

03Quelle est la première étape du modèle L1, et pourquoi pas une autre ?

Voir la réponse

Apparier : tant que les côtés homologues ne sont pas identifiés par les angles, tout tableau et tout calcul peuvent être faux.

3.3 · Les hauteurs croisées

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Dans la configuration des hauteurs croisées (section 3.3), quel angle est commun aux deux triangles ?

Voir la réponse

L’angle en formé par les deux droites sécantes ; on peut l’écrire

02Quels sont les sommets homologues, et pourquoi ?

Voir la réponse

(les deux angles droits), (l’angle commun), (les troisièmes angles), toujours par les angles, jamais par la position.

Au TD, les exercices cités dans cette partie, avec leur corrigé : 1.4, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 4.5, 5.1, 5.3, 6.1, 6.2, 6.4.

Partie 4 sur 5

Agrandissement et réduction

4.1 · AGRANDIR ET RÉDUIRE

Le même coefficient, partout

On part d’un triangle rectangle isocèle dont les deux côtés de l’angle droit mesurent Une première transformation donne un triangle rectangle dont les côtés de l’angle droit mesurent et une seconde donne un triangle rectangle dont ils mesurent et

Figure 19.

Agrandir n’est pas étirer

Les deux côtés de l’angle droit sont dessinés à la même unité. Les angles aigus révèlent la déformation lorsque les coefficients diffèrent.
À TOI

Trouver la condition qui conserve la forme

Les deux transformations sont celles de la figure 19 : la première multiplie les deux côtés de l’angle droit par (triangle la seconde ne multiplie que le côté horizontal (triangle

  1. Pour chaque transformation, calculer le coefficient appliqué au côté horizontal, puis celui appliqué au côté vertical.
  2. Laquelle conserve l’angle de du triangle initial ? Laquelle déforme le triangle ?
  3. Formuler la condition qui distingue un véritable agrandissement d’un simple étirement.

TA CONJECTURE

« Une transformation conserve la forme d’une figure, donc ses angles, si… »

Voir la correction expliquée

Dans la transformation 1, les deux coefficients valent toutes les longueurs sont agrandies dans le même rapport et les angles sont conservés. Dans la transformation 2, les coefficients valent horizontalement mais verticalement : il n’existe pas de rapport unique.

Dans la transformation 2 (triangle l’angle aigu en ne peut pas mesurer un triangle rectangle ayant un angle de serait isocèle, alors qu’ici les deux côtés de l’angle droit mesurent et Le triangle est étiré, pas agrandi au sens mathématique.

DÉFINITION

Soit Une figure est un agrandissement (si ou une réduction (si d’une figure dans le rapport lorsque toutes les longueurs de s’obtiennent en multipliant celles de par

On lit « F rond » et « F rond prime » : la lettre ronde désigne une figure quelconque (triangle, rectangle, disque, solide) et le prime signale la figure transformée. En clair : agrandir dans le rapport c’est tripler toutes les longueurs de la figure ; réduire dans le rapport c’est toutes les diviser par Le cas redonne la figure de départ, à un déplacement près.

  • Pour des triangles, est un agrandissement ou une réduction de équivaut à et sont semblables, avec c’est le même rapport Le cas est celui des triangles égaux.
  • L’échelle d’un plan ou d’une carte est le rapport de la réduction, du réel vers le plan : un plan à l’échelle signifie c’est-à-dire que sur le plan représente dans la réalité.
  • Attention au vocabulaire : un rapport de est un agrandissement ; une réduction a un rapport strictement compris entre et (par exemple
Pourquoi convertir avant de diviser ?

Une échelle compare deux longueurs : c’est un quotient sans unité, qui ne doit pas dépendre de l’unité choisie. Sur un plan, si représentent le quotient ferait croire à un agrandissement ; en écrivant on obtient une réduction.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle A1, « Trouver l’échelle d’un plan ».

4.2 · LONGUEURS, AIRES, VOLUMES

Une longueur, une aire, un volume

Dans un agrandissement ou une réduction de rapport

GrandeurEffetPourquoi ?
Longueurs (côtés, périmètres, diagonales…) dimension
Mesures d’anglesConservéesLa forme ne change pas
Aires dimensions
Volumes dimensions

On lit au carré » et au cube » En clair : si les longueurs sont multipliées par les aires sont multipliées par et les volumes par si elles sont divisées par les aires sont divisées par et les volumes par

TA CONJECTURE

« Si l’on double la longueur et la largeur d’un rectangle alors pour recouvrir le nouveau rectangle avec des rectangles identiques au premier, il en faut… »

Figure 20.

Pourquoi et

Rapport
1 / 9
  1. Données

    Outil de démonstration : calcul direct sur un rectangle, puis extension à toute surface.

    Sur un rectangle. Soit un rectangle de longueur et de largeur , d’aire . Ici et le rectangle contient carrés unités.

  2. Étape 1 · agrandir

    On garde le rectangle de départ pour comparer, et on en fait une copie, que l’on agrandit dans le rapport  : sa longueur et sa largeur sont multipliées par en même temps. Elles deviennent et On compte ensuite ses carrés unités : pour il y en a contre dans le rectangle de départ : l’aire est multipliée par .

    Les deux mesures changent ensemble. Multiplier une seule des deux déformerait le rectangle : ce serait un étirement, pas un agrandissement (figure « Agrandir n’est pas étirer »).

  3. Étape 2 · compter

    Les pointillés découpent le rectangle agrandi en exemplaires du rectangle de départ, numérotés un à un : dans la longueur et rangées dans la largeur, soit exemplaires. Chacun contient carrés unités : l’aire est multipliée par

    Pour exemplaires dans la longueur, rangées, donc exemplaires, et carrés unités : l’aire est multipliée par . Un facteur vient de la longueur, l’autre de la largeur.

  4. Bilan du rectangle

    Son agrandissement de rapport est un rectangle de dimensions et , donc d’aire :

  5. Le triangle

    Sur un triangle. Si une base mesure et la hauteur correspondante l’aire vaut le triangle occupe la moitié de son rectangle. Dans le triangle semblable, la base et la hauteur sont toutes deux des longueurs homologues : elles deviennent et . Donc

    Le deuxième facteur vient de la hauteur, même lorsqu’elle n’est pas dessinée.

  6. Le carré

    On le voit sur un carré. Un carré de côté agrandi dans le rapport devient un carré de côté qui contient carrés unités ; dans le rapport il devient un carré de côté qui contient carrés unités.

    La figure suit le rapport choisi : carrés unités, ou une fraction du carré unité si

    Pour les surfaces usuelles étudiées au collège, on peut approcher l’aire avec des quadrillages de plus en plus fins. Cela suggère l’extension de la règle démontrée ci-dessus pour les rectangles et les triangles ; son extension aux autres surfaces usuelles est admise ici.

  7. Le pavé · agrandir

    De même pour les volumes. On garde le pavé de départ, de dimensions et il contient cubes unités. On en fait une copie, que l’on agrandit dans le rapport  : ses trois dimensions sont multipliées par en même temps et deviennent et

    On compte ses cubes unités, couche par couche : pour il y en a contre dans le pavé de départ : le volume est multiplié par .

  8. Le pavé · compter

    On reconstruit le pavé agrandi avec des exemplaires du pavé de départ : dans la longueur, dans la largeur et couches, soit exemplaires. Chacun contient cubes unités : le volume est multiplié par

    Pour exemplaires, et cubes unités : le volume est multiplié par . Un facteur par dimension : trois dimensions, trois facteurs

    En général, un pavé de dimensions agrandi devient un pavé de volume les volumes sont multipliés par

  9. Bilan

    Dans un agrandissement ou une réduction de rapport

    GrandeurEffetPourquoi ?
    les longueurs (côtés, périmètres, diagonales…) dimension
    les mesures d’anglesconservéesla forme ne change pas
    les aires dimensions
    les volumes dimensions

    On lit au carré » et au cube » En clair : si les longueurs sont multipliées par les aires sont multipliées par et les volumes par si elles sont divisées par les aires sont divisées par et les volumes par

La figure de départ, en bleu, reste à gauche pour comparer. Le quadrillage conserve la même unité : les carrés et les cubes unités se comptent. Les boutons changent le rapport la figure rejoue le comptage de l’étape en cours.
AVANT DE CALCULER

L’erreur la plus coûteuse du chapitre : la règle générale pour les aires est la multiplication par Les expressions et ne donnent pas cette règle, même si elles peuvent coïncider avec pour certaines valeurs. Multiplier les longueurs par c’est multiplier l’aire par et le volume par Avant de conclure, demande-toi : ma grandeur est-elle une longueur (1D), une aire (2D), un volume (3D) ?

Une parcelle, deux voies de calcul

Sur un plan à l’échelle une parcelle rectangulaire mesure sur

Voie 1 · passer par les longueurs

et L’aire réelle vaut donc

Voie 2 · utiliser directement le rapport des aires

L’aire sur le plan vaut et le coefficient des longueurs, du plan vers la réalité, vaut Ainsi Or donc on retrouve

Contrôle : les deux voies donnent le même résultat ; si l’on avait multiplié l’aire par seulement elles se seraient contredites.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle A2, « Calculer une longueur, une aire ou un volume » ; exercice « Une cuve miniature (même modèle) ».

Pour aller plus loin : Pythagore par les aires perfectionnement

Dans un triangle rectangle, la hauteur issue de l’angle droit coupe le triangle en deux morceaux. Chacun est une réduction du grand triangle ; avec la règle des aires, ils redémontrent le théorème de Pythagore.

Figure 21.

Le théorème de Pythagore par les aires

Fais glisser le curseur dans les deux sens, ou joue les mouvements un par un. Une réduction de rapport multiplie les longueurs par et les aires par

Au TD : 7.8, perfectionnement facultatif — Pythagore redémontré avec les mêmes triangles semblables, par les longueurs.

4.3 · REMONTER AUX LONGUEURS

Retrouver le rapport

RACINE CARRÉE

Pour un nombre positif, la racine carrée de est le nombre positif dont le carré vaut On la note

On lit « racine carrée de En clair : est le nombre positif qui, multiplié par lui-même, donne par exemple car et

Pourquoi prendre la racine du rapport des aires ?

Dans un agrandissement ou une réduction de rapport les aires sont multipliées par (section 4.2) : le rapport des aires, aire d’arrivée divisée par aire de départ, vaut donc De plus, (c’est un rapport de longueurs), donc est le nombre positif dont le carré vaut ce rapport : est la racine carrée du rapport des aires. On ne divise pas ce rapport par le carré n’est pas le double.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle A3, « Retrouver à partir des aires ».

Retrouver ensuite un périmètre et une hauteur

Deux triangles semblables ont des aires respectives et Le périmètre du premier vaut et l’une de ses hauteurs vaut On cherche les grandeurs homologues dans le second.

On retrouve d’abord (modèle A3) : le rapport des aires vaut c’est Le nombre positif dont le carré vaut est car du premier triangle vers le second,

On calcule ensuite les longueurs (modèle A2) : un périmètre et une hauteur sont des longueurs ; ils sont multipliés par et non par et

Contrôle : et les trois rapports sont compatibles.

Pour s’entraîner, en fin de partie : exercice « À compléter dans le sens inverse ».

4.4 · CONTRÔLER UN RÉSULTAT

Un résultat doit résister aux vérifications

CÔTÉS ET ANGLES · PROPRIÉTÉ ADMISE

Dans un triangle, le plus grand côté est en face du plus grand angle, et le plus petit côté en face du plus petit angle.

En clair : plus un angle est ouvert, plus le côté qui lui fait face est long ; dans le triangle de la section 2.2, d’angles et le plus grand côté est en face de l’angle de

UNE SEULE TRANSFORMATION, UN SEUL

Quand deux figures se correspondent dans un agrandissement ou une réduction de rapport toutes leurs grandeurs homologues dépendent du même

On lit prime sur c’est le quotient de la nouvelle longueur par l’ancienne ; désigne un périmètre, (« A rond ») une aire et un volume. En clair : un même nombre doit expliquer toutes les longueurs, son carré toutes les aires et son cube tous les volumes ; avec une longueur est multipliée par une aire par et un volume par

Pourquoi une seule contradiction suffit-elle ?

Si les deux figures se correspondent vraiment dans une transformation de rapport toutes les grandeurs suivent les règles ci-dessus avec le même On calcule avec une paire de longueurs homologues, puis on prévoit les autres valeurs. Si une valeur annoncée diffère de la valeur prévue, les données ne peuvent pas être toutes exactes : une seule contradiction suffit à rejeter l’affirmation, alors qu’une concordance la rend seulement compatible.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle V3, « Tester une affirmation chiffrée » ; exercice « Toutes les données sont-elles compatibles ? ».

Une règle ou un ordre de grandeur peut-il suffire ?

Les règles du cours valent pour toutes les figures : si une affirmation contredit l’une d’elles, elle est fausse, sans qu’il soit utile de calculer. Pour juger un résultat, on le compare à une grandeur connue de la vie courante : un ordre de grandeur absurde signale une erreur de sens ou de dimension.

Pour s’entraîner, en fin de partie : modèle V1, « Contrôler avec une règle ou un ordre de grandeur ».

Six erreurs classiques, et leur origine

  1. Confondre « semblables » et « égaux ». Semblables : même forme ; égaux : même forme et même taille L’erreur vient du langage courant, où « semblable » veut dire « pareil ». (Exercice 1.5 du TD.)
  2. Prendre le rapport entre des côtés non homologues. Le rapport de similitude se lit entre côtés qui se correspondent par les angles : jamais entre « le premier côté cité de chaque triangle ». C’est l’étape « apparier », toujours en premier. (Exercices 2.3 et 5.1.)
  3. Multiplier l’aire par au lieu de Une aire est en deux dimensions : chaque dimension est multipliée par donc l’aire par (Exercices 3.1 et 5.2.)
  4. Croire qu’un seul angle de même mesure suffit. Deux triangles peuvent partager un angle sans être semblables –– contre –– Il faut deux paires d’angles de même mesure. (Exercice 1.1.)
  5. Se tromper de sens avec (multiplier quand il faut diviser). Toujours écrire de qui vers qui va le rapport : est la longueur d’arrivée divisée par la longueur homologue de départ ; puis vérifier la cohérence : le résultat doit être plus grand si plus petit si (Exercice 1.4.)
  6. Conclure « à l’œil » sur un dessin. Un dessin peut être trompeur (et n’est pas toujours à l’échelle) : on justifie par les angles ou par les trois rapports. (Exercice 1.2.)

PROGRAMMER

Trois côtés, trois rotations

Pour tracer un triangle équilatéral, on répète trois fois : avancer de la longueur du côté, puis tourner de Le lutin tourne de à l’extérieur du triangle ; l’angle intérieur vaut

mettre cote à 40
stylo en position d’écriture
répéter 3 fois :
    avancer de cote pas
    tourner de 120°
Figure 22.

Même programme, autre longueur

Entre les deux triangles, le stylo est relevé et la direction de départ rétablie. Aucun segment parasite ne relie les figures.

On range la longueur dans une variable cote. En remplaçant par sans modifier les rotations ni le nombre de répétitions, on trace un autre triangle équilatéral. Les angles conservent la même mesure ; les triangles sont semblables, de rapport du premier vers le second.

Les périmètres valent et ils sont multipliés par L’aire est multipliée par Si la première aire vaut la seconde vaut

À TOI

Prévoir avant de lancer

Que se passe-t-il si le côté passe de à

TA CONJECTURE

« Si le côté passe de à alors… »

Voir la correction expliquée

Pour passer d’un côté de à Les angles restent à le périmètre est divisé par l’aire par L’exécution contrôle le programme ; ce sont les angles de même mesure et le rapport des côtés qui justifient la similitude.

À exécuter : exercice 3.8 du TD. On relève le stylo avant de déplacer le lutin entre les deux triangles, puis on rétablit la même direction de départ. Un déplacement stylo baissé ajouterait un segment qui ne fait pas partie des triangles.

Au TD : 3.8 — modèles A1, R1 et A2.

POUR S’ENTRAÎNER

Méthodes et exercices

Les modèles de rédaction, les exercices d’application et les questions flash de cette partie, dans l’ordre du cours.

4.1 · Le même coefficient, partout

MODÈLE A1

Trouver l’échelle d’un plan

Les étapes
  1. Choisir deux longueurs homologues connues et les écrire dans la même unité.
  2. Diviser la longueur d’arrivée par la longueur homologue de départ : c’est simplifier.
  3. Conclure : si c’est un agrandissement ; si une réduction ; pour un plan ou une carte, l’échelle s’écrit
À résoudre

Sur un plan, un mur de est représenté par un segment de Quelle est l’échelle du plan ?

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Les longueurs homologues sont en réalité et sur le plan ; dans la même unité,

Le rapport du réel vers le plan est

On a donc c’est une réduction : l’échelle du plan est

Au TD : 3.1 f), g) ; 3.1 bis a) ; 3.5 a) ; 4.1 b)

4.2 · Une longueur, une aire, un volume

MODÈLE A2

Calculer une longueur, une aire ou un volume

Les étapes
  1. Nommer le sens du calcul, de la figure connue vers la figure cherchée, et le coefficient des longueurs dans ce sens : une échelle divise les longueurs par du réel vers le plan, et les multiplie par du plan vers le réel.
  2. Identifier la dimension de la grandeur : une longueur (ou un périmètre) est multipliée par ce coefficient, une aire par son carré, un volume par son cube ; une mesure d’angle est conservée.
  3. Calculer dans l’unité de la donnée, puis convertir le résultat dans l’unité demandée.
  4. Conclure par une phrase, avec l’unité, puis vérifier par le calcul inverse.

Une échelle est une réduction : du réel vers le plan ou la maquette, on divise par dans l’autre sens, on multiplie par

À résoudre

Maquette d’un voilier à l’échelle

a) Le voilier mesure Quelle est la longueur de la maquette, en cm ?

b) La voile de la maquette a une aire de Quelle est l’aire de la voile réelle, en m² ?

c) La coque réelle a un volume de Quel est le volume de la coque de la maquette, en L ?

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Du voilier vers la maquette, les longueurs sont multipliées par c’est-à-dire divisées par Je cherche une longueur : elle est divisée par et Conclusion : la maquette mesure de long. Vérification :

b) De la maquette vers le voilier, les longueurs sont multipliées par Je cherche une aire : elle est multipliée par et car Conclusion : la voile réelle a une aire de Vérification :

c) Du voilier vers la maquette, les longueurs sont divisées par Je cherche un volume : il est divisé par et car Conclusion : la coque de la maquette a un volume de Vérification :

Au TD : 2.4 e) ; 2.5 b) ; 3.1 ; 3.1 bis b) ; 3.2 ; 3.3 ; 3.4 b) ; 3.6 ; 3.8 d), e) ; 4.1 c), e) ; 4.2 ; 6.3 ; 6.5 ; 6.6 ; 7.1 ; 7.2

À TOI

Une cuve miniature (même modèle)

Une cuve réelle de volume est reproduite à l’échelle Quel est le volume de la cuve miniature, en mL ?

Voir la correction expliquée

De la cuve réelle vers la maquette, les longueurs sont divisées par un volume est divisé par soit c’est-à-dire Vérification : Une petite cuve de quelques dizaines de millilitres est cohérente ; plusieurs litres signaleraient une erreur de sens ou l’oubli du cube.

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Sur un plan à l’échelle une surface mesure Quelle est son aire réelle en m² ?

Voir la réponse

02Une maquette à l’échelle représente un réservoir réel de Quel est le volume de la maquette en mL ?

Voir la réponse

03Quelle question faut-il poser avant de choisir entre et

Voir la réponse

« La grandeur cherchée est-elle une longueur, une aire ou un volume ? »

4.3 · Retrouver le rapport

MODÈLE A3

Retrouver à partir des aires

Les étapes
  1. Calculer le rapport des aires, aire d’arrivée divisée par aire de départ : il vaut
  2. Chercher le nombre positif dont le carré vaut ce rapport : c’est
  3. Conclure, puis vérifier en multipliant l’aire de départ par
À résoudre

Une figure d’aire est agrandie en une figure d’aire Quel est le rapport de l’agrandissement ?

Lire la rédaction complète
Sur la copie

Le rapport des aires vaut c’est

Le nombre positif dont le carré vaut est car

Le rapport de l’agrandissement est

Vérification :

Au TD : 3.1 d), 3.3 b)

À TOI

À compléter dans le sens inverse

Un triangle est un agrandissement d’un triangle L’aire de vaut celle de vaut

Le rapport des aires vaut c’est Le nombre positif dont le carré vaut ce rapport est car Un côté de mesure son côté homologue dans mesure donc …

Voir la correction expliquée

car côté homologue

4.4 · Un résultat doit résister aux vérifications

MODÈLE V3

Tester une affirmation chiffrée

Les étapes
  1. Écrire le rapport des longueurs, en le calculant avec deux longueurs homologues s’il n’est pas donné.
  2. Prévoir la valeur attendue, avec le coefficient de la dimension : ou
  3. Comparer la valeur prévue à la valeur annoncée.
  4. Conclure par une phrase : valeurs égales, l’affirmation est compatible ; une seule différence suffit pour la rejeter. Puis vérifier la valeur prévue par le calcul inverse.
À résoudre

Deux bouteilles ont la même forme ; la grande, haute de contient la petite est haute de Inès affirme : « La petite bouteille contient A-t-elle raison ?

Lire la rédaction complète
Sur la copie

De la grande bouteille vers la petite, les longueurs sont multipliées par

Un volume est multiplié par la petite bouteille devrait contenir

Inès annonce et

Conclusion : Inès a tort ; la petite bouteille contient soit

Vérification :

Remarque : Inès a multiplié le volume par au lieu de

Au TD : 3.5 b), 3.6 b)

À TOI

Toutes les données sont-elles compatibles ?

Deux enseignes triangulaires sont annoncées semblables. Un côté de la première mesure et son homologue sur la seconde Leurs périmètres annoncés sont et leurs aires annoncées sont et Ces données sont-elles toutes compatibles ? Justifier.

Voir la correction expliquée

De la première enseigne vers la seconde, les longueurs sont multipliées par

Un périmètre est multiplié par on attend La valeur annoncée est cette donnée est compatible.

Une aire est multipliée par on attend La valeur annoncée est et

Conclusion : les données ne peuvent pas appartenir à un même couple de triangles semblables. Le dessin, même convaincant, ne réparerait pas cette contradiction numérique.

MODÈLE V1

Contrôler avec une règle ou un ordre de grandeur

Les étapes
  1. Citer la règle du cours qui s’applique (dimension : ou sens : agrandit, réduit ; dans un triangle, le plus grand côté est en face du plus grand angle) ou, pour juger un résultat, une grandeur de référence connue.
  2. Comparer avec l’affirmation ou le résultat, et conclure : l’affirmation est fausse, ou le résultat est vraisemblable.

Une phrase par étape : deux phrases courtes suffisent.

À résoudre

a), b), c) : chaque affirmation est fausse ; expliquer pourquoi, sans calcul. d) : le résultat est-il vraisemblable ?

a) Dans un agrandissement de rapport l’aire est multipliée par

b) Dans une réduction, un segment de devient un segment de

c) Dans un triangle d’angles et le plus grand côté est

d) La maquette au d’un voilier de mesure

Lire la rédaction complète
Sur la copie

a) Dans un agrandissement de rapport les aires sont multipliées par L’aire ne peut donc pas avoir été multipliée par l’affirmation est fausse.

b) Dans une réduction, le rapport est strictement compris entre et toutes les longueurs raccourcissent. Un segment de ne peut donc pas devenir un segment de plus long : l’affirmation est fausse.

c) Dans un triangle, le plus grand côté est en face du plus grand angle. Le plus grand angle, est en face du côté le plus grand côté ne peut donc pas être l’affirmation est fausse.

d) Une règle d’écolier mesure Une maquette de à peine plus longue qu’une règle d’écolier, se pose sur une étagère : pour la maquette d’un voilier, le résultat est vraisemblable.

Au TD : 3.3 d), 4.1 e), 4.2 d), 5.2

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Une figure est agrandie dans le rapport Par combien son aire est-elle multipliée ? Son périmètre ?

Voir la réponse

Aire périmètre (le périmètre est une longueur !).

02Un solide est réduit à l’échelle Par combien son volume est-il divisé ?

Voir la réponse

Par

03L’aire d’une figure a été multipliée par Quel était le rapport de l’agrandissement ?

Voir la réponse

car

04Sur une carte à l’échelle que représente

Voir la réponse

Au TD, les exercices cités dans cette partie, avec leur corrigé : 2.4, 2.5, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.8, 4.1, 4.2, 5.2, 6.3, 6.5, 6.6, 7.1, 7.2, 7.8.

Partie 5 sur 5

Synthèse, QCM et lexique

SYNTHÈSE

Le chapitre en quatre réflexes

ObjectifCe qu’il faut savoirLe réflexe
ReconnaîtreTriangles semblables côtés proportionnels angles deux à deux de même mesure (le symbole se lit « si, et seulement si »). Deux angles suffisent (la somme des trois angles vaut Angles donnés : calculer le troisième et comparer (R1). Côtés donnés : ranger, puis vérifier les trois rapports (R2).
JustifierSources d’angles de même mesure : donnée codée, angle commun, opposés par le sommet, alternes-internes ou correspondants (parallèles), angles droits.Rédaction-type (D2) : « On sait que… / On sait de même que… / Or, si deux triangles ont deux angles deux à deux de même mesure, alors ils sont semblables / Donc les triangles… sont semblables, les sommets homologues étant… ».
CalculerApparier (par les angles) / poser (tableau des homologues) / résoudre puis multiplier ou diviser) (L1).Face au plus grand angle, le plus grand côté. Vérifier : les rapports égaux ? les côtés plus courts si
Agrandir / réduireRapport longueurs angles conservés, aires volumes Échelle (A1, A2).Ma grandeur est-elle 1D, 2D ou 3D ? Sens inverse : le rapport des aires vaut puis chercher (A3).

Au TD : pour réviser : sujets type Brevet 6.1 à 6.6.

Au TD : perfectionnement facultatifs : 2.6, 3.7, 4.3 à 4.5, 5.4, 6.7 à 6.9 et 7.3 à 7.10.

Questions flash

Cherche sans aide, puis ouvre la réponse pour te corriger.

01Angles et ici, et là : semblables ?

Voir la réponse

Oui, troisièmes angles et mêmes trois angles.

02 effet sur le périmètre ? sur l’aire ?

Voir la réponse

Périmètre aire

03Le rapport de similitude peut-il être négatif ?

Voir la réponse

Non, (c’est un rapport de longueurs).

04Une aire passe de à (agrandissement) : que vaut et

Voir la réponse

donc

QCM

À toi de raisonner

Les dix questions du cours. Une seule réponse exacte par question. Réponds, puis confronte ton raisonnement à la correction. Tu peux modifier tes choix et recommencer.

LEXIQUE

Les modèles et les symboles

Un répertoire à consulter au fil des exercices. Clique sur un code pour retrouver sa méthode et sa rédaction complète.

Carte complète : étapes et exercices du TD
CodeType d’exerciceÉtapesExercices du TD
R1Semblables ? (par les angles)Troisième angle, les trois angles, conclusion1.1 ; 3.8 d) ; 6.4 a)
R2Semblables ? (par les côtés)Ranger, trois rapports, conclusion1.2
R3Triangle isocèle : ses anglesAu sommet, à la base, un ou deux cas1.1 e) ; 1.5 d), e)
D1Deux angles de même mesure (parallèles)On sait que, or, donc2.2 a) ; 6.1 a)
D2Triangles semblables (deux angles)Une paire, une autre, or, donc1.3 ; 1.4 a) ; 2.2 b) ; 2.3 a), d) ; 2.4 c), d) ; 3.3 a) ; 3.4 a) ; 5.3 a) ; 6.1 b) ; 6.2 a)
D3Triangles semblables (un angle et deux côtés)L’angle, deux rapports, or, donc2.5 a)
L1Calculer des longueursApparier, poser, calculer, vérifier1.4 b), c) ; 2.1 b), c) ; 2.2 c) ; 2.3 ; 2.4 c), d) ; 5.1 b) ; 5.3 ; 6.1 c) ; 6.2 b) ; 6.4 b), c)
A1Rapport échelleMême unité, arrivée sur départ, agrandissement ou réduction1.4 a) ; 2.1 a) ; 3.1 f), g) ; 3.1 bis a) ; 3.4 a) ; 3.5 a) ; 3.8 c), e) ; 4.1 b) ; 6.3 a)
A2Longueur, aire, volumeSens, dimension, calcul, conclusion et vérification2.4 e) ; 2.5 b) ; 3.1 ; 3.1 bis b) ; 3.2 ; 3.3 ; 3.4 b) ; 3.6 ; 3.8 d), e) ; 4.1 c), e) ; 4.2 ; 6.3 ; 6.5 ; 6.6 ; 7.1 ; 7.2
A3Retrouver (aires)Rapport des aires, racine, vérification3.1 d) ; 3.3 b)
V1Sans calculRègle ou référence, conclusion3.3 d) ; 4.1 e) ; 4.2 d) ; 5.2
V2Corriger une copieRelire, l’erreur, la solution5.1
V3Tester une affirmation valeur prévue, comparaison, conclusion3.5 b) ; 3.6 b)
T2Vrai ou fauxRéponse, démonstration ou contre-exemple1.5
J1DémontrerOn sait que, or, donc, ■4.5 a), b) ; 5.4 a), perfectionnement facultatifs
J2Triangle rectangle (Pythagore)Plus grand côté, deux calculs, conclusion2.4 a) ; 4.1 d)

A1 possède aussi un exemple d’échelle, et J1 un enchaînement avec les produits en croix.

Lire les symboles à voix haute

Une écriture symbolique abrège une phrase de géométrie. Ce répertoire n’est pas une liste à mémoriser avant de commencer : lis d’abord l’énoncé en français, puis reviens au symbole.

Longueur du segment d’extrémités et un nombre avec une unité. Sert à écrire un rapport comme

« segment « droite « demi-droite

Le segment joint à et s’arrête. La droite se prolonge des deux côtés. La demi-droite part de passe par et continue. Ces notations précisent la position d’un point ou le parallélisme.

« angle

est le sommet : c’est la lettre du milieu. L’angle est formé par et On abrège en si aucune confusion n’est possible. Sert à nommer les angles de même mesure qui prouvent une similitude.

« appartient à »

signifie que se trouve sur le segment Précise une hypothèse de position.

« parallèle à », « perpendiculaire à »

les droites ont la même direction. elles se coupent à angle droit. Sert à obtenir des angles de même mesure (correspondants, alternes-internes) ou des angles droits.

prime »

Point jouant le même rôle que dans une seconde figure, par exemple

correspond à prime » ; « le côté correspond au côté

Les sommets homologues portent des angles de même mesure. Les côtés homologues joignent des sommets homologues. On écrit cet appariement avant le tableau et les calculs.

prime prime sur égale

Le quotient des longueurs homologues vaut donc On le lit dans une colonne complète du tableau.

« le triangle est semblable au triangle

Abrège la similitude avec et L’ordre des lettres porte la correspondance ; une phrase complète convient aussi.

au carré », au cube »

Coefficients des aires et des volumes.

« A rond », « F rond »

désigne une aire, une figure quelconque. Le prime désigne l’aire ou la figure transformée. Exemple :

« racine carrée de « racine cubique de

Pour ici, le nombre positif dont le carré ou le cube vaut Permet de retrouver à partir de ou

« environ égal à »

Signale une valeur approchée, comme ou une mesure lue sur un dessin. Une mesure à la règle n’autorise pas l’égalité exacte.

« n’est pas égal à »

Deux valeurs diffèrent, par exemple Signale une contradiction ou des rapports différents.

« est strictement inférieur à », « est strictement supérieur à »

est plus petit que et différent de agrandissement. Sert aussi au contrôle du sens.

« est inférieur ou égal à », « est supérieur ou égal à »

inclut l’égalité. Permet de ranger des longueurs qui peuvent être égales.

« implique »

Si la première proposition est vraie, la seconde l’est. Exemple : angles de même mesure côtés proportionnels. Énonce un sens d’un théorème.

« si, et seulement si »

Les deux implications sont vraies et se démontrent séparément. Utilisé dans la caractérisation angulaire.

■
« fin de la démonstration »

La preuve est terminée et la conclusion établie. Clôt une rédaction.

Au TD, les exercices cités dans cette partie, avec leur corrigé : 2.6, 3.7, 4.3, 4.4, 4.5, 5.4, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7, 7.8, 7.9, 7.10.

TD et corrigé

Feuille d’exercices

TD

Avant de commencer

Difficulté : ★☆☆☆ très facile ★★☆☆ facile ★★★☆ moyen ★★★★ difficile

Parcours : minimum recommandé perfectionnement

Les blocs « Enrichissement facultatif » placés après 1.2, 2.5, 4.4, 6.8, 7.7 et 7.8 se traitent après l’exercice initial, pour approfondir.

Sous chaque exercice, « Voir le corrigé » ouvre d’abord la démarche ; chaque question se dévoile ensuite à la demande, et quand un résultat est attendu, tu peux vérifier ta réponse avant de l’afficher. Les cartes ✎ montrent ce qui s’écrit sur une copie de contrôle. Le bouton « Fait » mémorise ta progression dans ce navigateur ; sur ordinateur et tablette, un clic sur une figure l’agrandit.

Cadre commun. Deux triangles sont semblables lorsque les longueurs de leurs côtés sont proportionnelles ; le coefficient est le rapport de similitude. Les côtés qui se correspondent sont homologues.

Caractérisation angulaire. Deux triangles sont semblables si, et seulement si, leurs angles sont deux à deux de même mesure, et deux paires d’angles de même mesure suffisent (le troisième vaut moins les deux autres).

Où trouver des angles de même mesure ? Donnée codée de l’énoncé • angle commun • angles opposés par le sommet • angles alternes-internes ou correspondants formés avec des droites parallèles • calcul du troisième angle.

Agrandissement–réduction de rapport les longueurs et les périmètres sont multipliés par les angles conservent leur mesure, les aires sont multipliées par les volumes par Une échelle est une réduction de rapport

Sens inverse : si l’énoncé donne les aires, leur rapport vaut on retrouve en cherchant le nombre positif dont le carré vaut ce rapport.

Les pièges classiques :

  • •

    Ne pas confondre « semblables » et « égaux » : deux triangles semblables ont la même forme, pas forcément la même taille (deux triangles égaux sont semblables avec

  • •

    Le rapport se lit entre côtés homologues (appariés par les angles de même mesure), jamais entre côtés pris au hasard.

  • •

    Les aires sont multipliées par jamais par les volumes par

  • •

    Un seul angle de même mesure ne suffit pas ; il faut deux paires d’angles de même mesure.

  • •

    Attention au sens de on multiplie par dans le sens qui a servi à le calculer, on divise par dans l’autre ; vérifier la cohérence du résultat (le petit triangle doit avoir les petits côtés).

Méthode de base, les trois gestes :

  1. 1.

    Apparier : identifier les sommets homologues par les angles de même mesure (face à des angles de même mesure, les côtés homologues).

  2. 2.

    Poser : tableau de proportionnalité des côtés homologues, un triangle par ligne.

  3. 3.

    Résoudre : calculer sur une colonne complète, puis multiplier ou diviser par (ou produit en croix). Vérifier : les trois rapports sont-ils égaux ? le plus grand côté face au plus grand angle ?

À retenir. Triangles semblables. Longueurs des côtés proportionnelles angles deux à deux de même mesure (le symbole se lit « si, et seulement si »), et deux paires d’angles suffisent. Face à des angles de même mesure : des côtés homologues.
Les trois gestes. Apparier (par les angles) / poser (tableau des homologues) / résoudre ou produit en croix), puis vérifier (trois rapports égaux, cohérence grand/petit).
Agrandissement–réduction de rapport Longueurs et périmètres multipliés par mesures d’angles conservées ; aires multipliées par volumes multipliés par Sens inverse : le rapport des aires vaut

Fluence (sans calculatrice).

  1. a)

    Deux angles d’un triangle : et Le troisième ?

  2. b)

    Deux angles d’un triangle : et Le troisième ?

  3. c)

    Angles et ici, et là : semblables ?

  4. d)

    Agrandissement de rapport l’aire est multipliée par…

  5. e)

    Agrandissement de rapport le volume est multiplié par…

  6. f)

    L’aire a été multipliée par combien vaut

  7. g)

    Simplifier

  8. h)

    Réduction de rapport une longueur de devient…

  9. i)

    et périmètre nouveau périmètre ?

  10. j)

    Échelle sur le plan représentent…

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Réactivation (chapitres précédents : 5 questions).

  1. 1.

    (Ch. 00) Décomposer en produit de facteurs premiers.

  2. 2.

    (Ch. 01) Rendre irréductible

  3. 3.

    (Ch. 01) Calculer

  4. 4.

    (Ch. 01) Calculer et

  5. 5.

    (Ch. 01) Écrire en écriture décimale.

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TD · 1

Reconnaître des triangles semblables

1.1 Semblables ou pas ? (par les angles) minimum★☆☆☆

Dans cette série, on compare un triangle et un triangle

Dans chaque cas, dire si ces deux triangles sont semblables. Justifier en calculant le troisième angle quand c’est nécessaire.

  1. a)

    Dans et Dans et

  2. b)

    Dans et Dans et

  3. c)

    Dans et Dans et

  4. d)

    est rectangle en avec est rectangle en avec

  5. e)

    Dans et est isocèle en avec

  6. f)

    est équilatéral. Dans et

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1.2 Semblables ou pas ? (par les côtés) minimum★★☆☆

  1. a)

    Dans chaque cas, les triangles et sont-ils semblables ? Justifier par les trois rapports.

    • •

      et

    • •

      et

    • •

      et

  2. b)

    Porter un regard critique. et sont deux triangles tels que : et et

    • •

      Le triangle est-il une réduction du triangle

    • •

      Si non, modifier une longueur pour qu’il en soit ainsi. Indiquer alors le coefficient de réduction.

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1.2 Enrichissement facultatif perfectionnement

Ajouter la même longueur conserve-t-il la forme ?

Dans l’exercice initial, les triangles de côtés et ne sont pas semblables. Pourtant, on a ajouté à chaque longueur. Est-ce toujours un échec ? On cherche exactement quels triangles gardent leur forme lorsqu’on ajoute une même longueur positive aux trois côtés. Toutes les mesures sont exprimées en centimètres.

Notions utiles avant de commencer

Ajouter à une longueur donne Multiplier cette longueur par donne Pour passer de à on ajoute mais on multiplie par Le coefficient est un quotient ; l’augmentation est une différence.

Avec les côtés seuls, on range les deux listes du plus petit au plus grand avant de comparer leurs quotients. Une même addition conserve cet ordre. Trois longueurs forment un triangle non aplati exactement lorsque

On utilisera la distributivité par exemple Dans une égalité, on peut soustraire le même nombre aux deux membres et les diviser par un même nombre non nul. Une condition exacte exige de montrer qu’elle est imposée par toute solution, puis qu’elle suffit réellement.

A. Faire apparaître une conjecture

  1. A1)

    Ajouter à chaque côté, puis compléter les trois quotients « nouveau côté / ancien côté ».

    Côtés initiauxNouveaux côtésQuotient 1Quotient 2Quotient 3
  2. A2)

    Vérifier que les trois nouvelles listes définissent bien des triangles. Lesquels sont semblables à leur triangle de départ ? Justifier avec les valeurs exactes des quotients.

  3. A3)

    Quelle particularité du triangle initial semble permettre de conserver la forme ? Formuler une conjecture. Pourquoi les trois essais ne suffisent-ils pas à la prouver ?

B. Démontrer une condition nécessaire et suffisante

On part d’un triangle de côtés et on fixe un nombre Les nouveaux côtés sont

  1. B1)

    Montrer que ces longueurs sont positives, rangées dans le même ordre et forment toujours un triangle non aplati. Utiliser pour comparer et

  2. B2)

    Supposer que les triangles sont semblables. On a alors Faire le produit en croix, développer, soustraire puis diviser par Qu’obtient-on entre et Reprendre avec et Quelle nature du triangle est donc nécessaire ?

  3. B3)

    Réciproquement, si le triangle possède cette nature, vérifier l’égalité des trois quotients pour tout Donner le rapport de similitude du triangle de départ vers le nouveau triangle et conclure avec une phrase « si et seulement si ».

C. Changer l’hypothèse

  1. C1)

    Si quels triangles conviennent ? Quelle étape de B2 est alors interdite ? Pourquoi fallait-il préciser

  2. C2)

    On retire maintenant à chacun des côtés du triangle Les trois résultats sont positifs : suffit-il de vérifier cela pour obtenir un triangle ? Comparer cette situation avec B1 et expliquer pourquoi une même règle d’addition ne se transpose pas automatiquement à une soustraction.

À retenir

Un agrandissement impose un même coefficient multiplicateur. Une même augmentation additive n’a pas le même effet relatif sur un petit et sur un grand côté. Pour une transformation proposée, il faut vérifier la proportionnalité et l’existence des triangles.

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1.3 Justifier la similitude : trois configurations recommandé★★☆☆

Pour chaque figure, démontrer que les deux triangles indiqués sont semblables, en utilisant la rédaction-type du cours (deux paires d’angles égaux, chacune justifiée).

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Figure (a) : démontrer que les triangles et sont semblables.

  2. b)

    Figure (b) : démontrer que les triangles et sont semblables.

  3. c)

    Figure (c) : démontrer que les triangles et sont semblables, puis préciser les trois paires de sommets homologues. Attention : ici, correspond à ou à Se laisser guider par les angles, pas par la position.

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1.4 La configuration du papillon recommandé★★★☆

Les segments et se coupent en leur intérieur en et les droites et sont parallèles. On donne et

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Que peut-on dire du triangle par rapport au triangle Justifier par les angles (aucun théorème de Thalès ici !), et préciser le rapport de vers

  2. b)

    Déterminer sachant que

  3. c)

    Déterminer sachant que

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1.5 Vrai ou faux ? recommandé★★★☆

Pour chaque affirmation : vrai ou faux ? Un « vrai » se démontre (avec les angles) ; un « faux » se réfute par un contre-exemple chiffré.

  1. a)

    Deux triangles équilatéraux sont toujours semblables.

  2. b)

    Deux triangles isocèles sont toujours semblables.

  3. c)

    Deux triangles rectangles sont toujours semblables.

  4. d)

    Deux triangles rectangles isocèles sont toujours semblables.

  5. e)

    Deux triangles isocèles ayant chacun un angle de sont toujours semblables.

  6. f)

    Deux triangles semblables sont toujours égaux.

  7. g)

    Deux triangles égaux sont toujours semblables.

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TD · 2

Calculer des longueurs

2.1 Premier calcul, deux façons minimum★★☆☆

Les triangles et sont semblables, avec la correspondance (angles codés sur la figure). On donne :

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Donner le rapport de similitude de vers

  2. b)

    Calculer de deux façons : par le coefficient puis par un produit en croix. Laquelle des deux est la plus rapide ici, et pourquoi ?

  3. c)

    Calculer

  4. d)

    Calculer le périmètre de chaque triangle. Que remarque-t-on ? Était-ce prévisible ?

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2.2 L’exercice du Brevet recommandé★★★☆

C’est l’exercice type du chapitre : à savoir refaire les yeux fermés.

Sur la figure ci-dessous : le point appartient au segment et les droites et sont parallèles ; les droites et sont parallèles.

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les angles et ont la même mesure.

  2. b)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  3. c)

    En déduire les longueurs des côtés du triangle

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2.3 Côtés homologues : deux configurations recommandé★★★☆

Configuration 1. Les triangles et ci-dessous ont leurs angles codés : et On donne :

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Justifier que les triangles et sont semblables.

  2. b)

    Construire et compléter un tableau des côtés homologues, puis donner le rapport de similitude de vers

  3. c)

    Calculer et

Configuration 2. Dans le triangle est un point de et un point de tels que (codés sur la figure). On donne :

Figure de l'énoncé
  1. d)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  2. e)

    Préciser les côtés homologues. Piège en vue : ne se compare pas à

  3. f)

    Calculer et

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2.4 Le triangle 3-4-5 recommandé★★☆☆

(Unité au choix.) Soit un triangle tel que et

  1. a)

    Démontrer que est rectangle en

  2. b)

    Soit tel que La parallèle à passant par coupe en la parallèle à passant par coupe en Reproduire la figure ci-dessous en vraie grandeur et la compléter.

    Figure de l'énoncé
  3. c)

    Démontrer que les triangles et sont semblables (par les angles), donner le rapport de similitude de vers puis calculer et

  4. d)

    En déduire puis démontrer que les triangles et sont semblables et calculer et

  5. e)

    Calculer l’aire du triangle puis, sans autre calcul de longueur, les aires des triangles et (penser à En déduire l’aire du quadrilatère

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2.5 Le papillon aux côtés proportionnels recommandé★★★☆

Complément CAC du cours partie 2.3 : refaire l’exemple sans le cours, puis le prolonger.

Les segments et se coupent en leur intérieur en On donne : Attention : aucune paire de droites parallèles n’est donnée.

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables. Quel critère du cours s’applique ici, et pourquoi la caractérisation angulaire ne suffisait-elle pas seule ?

  2. b)

    Quel est le rapport des aires, de vers Préciser lequel des deux a la plus grande aire.

  3. c)

    Dans l’exercice 1.4, les « ailes » du papillon étaient parallèles. Les droites et le sont-elles ici ? Justifier. (Aide : si elles l’étaient, quels angles alternes-internes seraient égaux pour la sécante Comparer avec ce que dit la similitude du a).)

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2.5 Enrichissement facultatif perfectionnement

Pourquoi l’angle doit-il être compris entre les côtés ?

Le critère CAC du cours utilise deux côtés proportionnels et l’angle compris entre ces côtés. Peut-on supprimer le mot « compris » ? On va construire et vérifier un contre-exemple, puis réparer le critère.

Notions utiles avant de commencer

L’angle compris entre les côtés et est l’angle de sommet noté les deux côtés s’y rencontrent. L’angle a pour sommet il n’est pas compris entre et

Un contre-exemple satisfait toutes les hypothèses d’une affirmation, mais pas sa conclusion. Un seul suffit à montrer que cette affirmation n’est pas toujours vraie. Par exemple, sont trois longueurs positives, mais ne forment pas un triangle, car

Pour tester des côtés seuls, on les range du plus petit au plus grand dans chaque triangle : s’ils sont proportionnels, les trois quotients correspondants sont égaux. Exemple : et donnent

On utilisera Pythagore et la racine carrée : est le nombre positif dont le carré vaut Ainsi comme on a

A. Construire les données exactes du contre-exemple

Les points sont alignés dans cet ordre. On donne et Les deux triangles étudiés sont et

Figure de l'énoncé
  1. A1)

    Calculer et à partir de l’ordre des points.

  2. A2)

    Appliquer le théorème de Pythagore dans puis En déduire et Justifier l’encadrement sans utiliser une valeur arrondie.

  3. A3)

    Quelle est la nature du triangle En déduire la mesure de puis justifier que

B. Tester la ressemblance sans se fier au dessin

  1. B1)

    Compléter le tableau suivant avec les noms des côtés et leurs longueurs exactes :

    TrianglePlus petit côtéCôté intermédiairePlus grand côté
  2. B2)

    Si les triangles étaient semblables, quel rapport de vers donneraient les plus petits côtés ? Le quotient obtenu avec les côtés intermédiaires pourrait-il avoir cette valeur ? Conclure en justifiant.

  3. B3)

    Vérifier maintenant que et que les angles en sont égaux. Pourquoi le critère CAC ne s’applique-t-il pourtant pas ? Rédiger l’affirmation fausse que cette figure réfute.

C. Réparer les hypothèses et transférer

  1. C1)

    On veut comparer les côtés et aux côtés et Quelle égalité d’angles aurait-il fallu connaître pour employer le critère CAC ?

  2. C2)

    Un autre triangle vérifie et Justifier qu’il est semblable à préciser les sommets homologues et calculer Expliquer ce qui distingue cette situation du contre-exemple.

À retenir

Des rapports égaux ne suffisent pas à eux seuls. Dans le critère CAC, l’angle connu doit être celui que forment les deux côtés comparés : le mot « compris » est une hypothèse indispensable.

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2.6 L’angle commun, le milieu et les aires perfectionnement★★★☆

Dans le triangle on donne et est le milieu de et est le point de tel que (angles codés sur la figure).

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, et préciser les trois paires de sommets homologues.

  2. b)

    Calculer et (valeurs exactes ; s’écrira sous forme de fraction).

  3. c)

    Démontrer que

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TD · 3

Agrandissements et réductions

3.1 Gammes : les effets de minimum★☆☆☆

Sans calculatrice : tout se fait de tête ou presque.

  1. a)

    et le triangle est une réduction du triangle dans le rapport Calculer mentalement le périmètre du triangle

  2. b)

    L’aire d’un triangle est On l’agrandit dans le rapport nouvelle aire ?

  3. c)

    Un cube a un volume de On en réalise une maquette à l’échelle volume de la maquette ?

  4. d)

    L’aire d’une figure a été multipliée par quel était le rapport de l’agrandissement ?

  5. e)

    Les longueurs d’un solide sont multipliées par le volume est multiplié par…

  6. f)

    QCM. L’écran d’un appareil photo est un rectangle de longueur la photo imprimée a pour longueur Le rapport d’agrandissement est :  A.  B.  C.

  7. g)

    QCM. Une réduction a par exemple pour rapport :  A.  B.  C.

  8. h)

    Dans un agrandissement de rapport les mesures d’angles sont multipliées par… (attention !)

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Application 3.1 bis : le fanion photographié minimum★☆☆☆

Sur une photographie, un fanion triangulaire a un côté de et un autre de Le vrai fanion, semblable à celui de la photographie, a pour côté homologue au côté de une longueur de

  1. a)

    Quel est le rapport d’agrandissement de la photographie vers le vrai fanion ?

  2. b)

    Quelle est la longueur réelle du côté homologue au côté de Vérifier que le résultat est cohérent.

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3.2 Le quadrilatère : conjecturer avec et recommandé★★☆☆

est le quadrilatère ci-dessous, dessiné sur un quadrillage à carreaux de la diagonale est tracée.

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Construire sur un quadrillage une réduction de ce quadrilatère dans le rapport

  2. b)

    Quelle est la mesure de l’angle par rapport à celle de (Aucun rapporteur nécessaire.)

  3. c)

    Calculer l’aire du triangle puis celle du triangle Recopier et compléter :

  4. d)

    Sans construire, donner l’aire du triangle pour un agrandissement de rapport

  5. e)

    Recopier et compléter la conjecture : « Dans un agrandissement ou une réduction de rapport les longueurs sont…, les angles sont…, les aires sont… ».

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3.3 Sens inverse : retrouver recommandé★★★☆

  1. a)

    Argumenter. et sont des points des demi-droites et tels que et soient parallèles, avec et L’aire du triangle est Démontrer que les triangles et sont semblables (par les angles), puis calculer l’aire du triangle

  2. b)

    L’aire d’une figure est Après agrandissement, la figure obtenue a une aire de Quel est le rapport de cet agrandissement ?

  3. c)

    QCM. Un rectangle d’aire est l’agrandissement de rapport d’un rectangle L’aire (en cm²) de est :  A.  B.  C.  D.

  4. d)

    Sur un plan à l’échelle un terrain de football a une aire de Quelle est l’aire (en m²) de ce terrain dans la réalité ? Le résultat est-il vraisemblable pour un terrain de football ?

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3.4 Arthur a-t-il raison ? recommandé★★☆☆

On sait que : les points sont alignés dans cet ordre, ainsi que les droites et sont parallèles ; et l’aire du triangle est de

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Arthur assure : « Le triangle est une réduction du triangle A-t-il raison ? Expliquer, et si oui donner le coefficient de réduction.

  2. b)

    En déduire l’aire du triangle

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3.5 La statue de la Liberté : regard critique recommandé★★★☆

La statue de la Liberté à New York, d’une hauteur (hors socle) de a été conçue par le sculpteur français Auguste Bartholdi (1834–1904). Une réplique est située sur l’île aux Cygnes, à Paris ; sa hauteur est

  1. a)

    Quel est le rapport de réduction de la statue new-yorkaise vers la statue parisienne ?

  2. b)

    Porter un regard critique. La masse d’une statue est liée au volume des matériaux utilisés. Pour tester un modèle simplifié inspiré de ces statues, on retient ici des masses de  tonnes et  tonnes ; ce sont les données conventionnelles de cet exercice. Ces masses sont-elles compatibles avec une réduction de rapport de toutes les dimensions, y compris les épaisseurs, utilisant les mêmes matériaux aux mêmes endroits ? Justifier par un calcul. Peut-on en déduire que les formes extérieures ne sont pas semblables ?

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3.6 Les cônes glacés recommandé★★★★

Une société propose trois formats de cônes glacés de même forme : le grand, d’un volume de le moyen et le petit.

  1. a)

    Le cône moyen est une réduction du grand dans le rapport Calculer son volume.

  2. b)

    Le petit cône est une réduction du grand cône dans le rapport Marie affirme : « Le volume du petit cône est égal à la moitié de celui du cône moyen. » A-t-elle raison ? Justifier par un calcul complet.

  3. c)

    Question de synthèse : de combien de pour cent le volume baisse-t-il quand les longueurs baissent de Formuler la morale de l’exercice en une phrase.

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3.7 Doubler un cube : le problème de Délos perfectionnement★★☆☆

(Le nombre positif dont le cube vaut se note on lit : « racine cubique de on donne

Un cube a une arête de On veut fabriquer un second cube dont le volume est le double du premier (le vieux problème de l’autel de Délos).

  1. a)

    Calculer le volume du cube de départ.

  2. b)

    Léa propose : « il suffit de doubler l’arête, donc de prendre Calculer le volume d’un cube d’arête Léa a-t-elle raison ? Par combien a-t-elle en réalité multiplié le volume ?

  3. c)

    Par quel nombre faut-il multiplier l’arête pour que le volume soit multiplié par En déduire l’arête du second cube, au millimètre près (utiliser

  4. d)

    Vérifier : calculer le volume d’un cube ayant cette arête, et constater qu’il vaut bien (à peu près) le double du volume de départ.

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3.8 Scratch : deux triangles de même forme minimum★★☆☆

Ajouter l’extension Stylo et créer la variable cote. L’unité de longueur est le pas Scratch.

  1. a)

    Prévoir. Compléter les deux nombres manquants du script, pour tracer un triangle équilatéral de côté

    Quand le drapeau vert est cliqué :

    relever le stylo ; effacer tout ; aller à s’orienter à

    mettre cote à mettre le stylo en position d’écriture ;

    répéter fois :

    avancer de cote pas ; tourner de degrés vers la droite ;

    relever le stylo.

  2. b)

    Programmer et exécuter. Construire le script complété, puis le lancer. Vérifier que le triangle se ferme. Expliquer pourquoi l’angle de rotation n’est pas

  3. c)

    Agrandir. À la suite du script, sans effacer le premier dessin : aller à s’orienter à mettre cote à mettre le stylo en position d’écriture, reprendre la même boucle, puis relever le stylo. Prévoir le rapport d’agrandissement, puis exécuter.

  4. d)

    Justifier. Pourquoi les deux triangles sont-ils semblables ? Calculer les deux périmètres. Par combien l’aire est-elle multipliée du premier au second triangle ? Conserver le programme et une capture des deux triangles, accompagnée de ces justifications.

  5. e)

    Réinvestir. Remplacer par Prévoir les facteurs sur les longueurs, les angles, le périmètre et l’aire du second triangle par rapport au premier ; vérifier en lançant le script.

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TD · 4

Problèmes

4.1 Le parc triangulaire à l’échelle recommandé★★★☆

On dessine à l’échelle un parc de jeux triangulaire Dimensions réelles : Sur le dessin,

  1. a)

    Avant tout calcul : faire un croquis à main levée avec les données réelles et celle du dessin.

  2. b)

    Quelle est l’échelle du dessin ?

  3. c)

    Donner les longueurs et sur le dessin.

  4. d)

    Démontrer que le parc réel est rectangle en puis calculer son aire réelle.

  5. e)

    L’aire du triangle dessiné est-elle égale à l’aire réelle divisée par Justifier sans calculer l’aire du dessin, puis vérifier par le calcul.

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4.2 La maquette d’avion au 1/125 recommandé★★★☆

Une maquette d’un avion de ligne très gros-porteur est réalisée à l’échelle

  1. a)

    La longueur de l’avion est Quelle est celle de la maquette ? Donner le résultat en centimètres.

  2. b)

    L’aire de la voilure de la maquette est Quelle est l’aire de la voilure (en m²) de l’avion ?

  3. c)

    Le réservoir de l’avion contient Quelle est la capacité (en cm³) de celui de la maquette ?

  4. d)

    Chaque résultat est-il vraisemblable ? (Une phrase par question.)

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4.3 La cascade de parallèles perfectionnement★★★★

Soit un triangle, et soit un point distinct de et plus près de que de

  • •

    La parallèle à passant par coupe en

  • •

    La parallèle à passant par coupe en

  1. a)

    Tracer une figure (triangle « pas trop grand », plus près de que de et la compléter.

  2. b)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, puis que

  3. c)

    Démontrer de même, avec les triangles et que

  4. d)

    En déduire que

  5. e)

    On suppose et on note Montrer que Comment poursuivre la construction pour obtenir un segment de longueur (On dit que est la moyenne géométrique de et une machine à multiplier par inventée bien avant la calculatrice.)

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4.4 Les deux poteaux perfectionnement★★★☆

Deux poteaux verticaux (hauteur et (hauteur sont plantés sur un sol horizontal, leurs pieds et étant distants de quelques mètres. On tend un câble du sommet au pied et un câble du sommet au pied les câbles se croisent en On note le point du sol situé à la verticale de les points sont alignés et

À quelle hauteur les deux câbles se croisent-ils ?

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Justifier que les droites et sont parallèles.

  2. b)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, et en déduire que

  3. c)

    Démontrer de même que

  4. d)

    En additionnant les deux égalités précédentes, calculer

  5. e)

    Relire l’énoncé : une information que l’on s’attendait à devoir utiliser n’est jamais intervenue. Laquelle ? Qu’est-ce que cela signifie concrètement pour les deux poteaux ?

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4.4 Enrichissement facultatif perfectionnement

Choisir les poteaux : trouver toutes les solutions

Dans l’exercice initial, les hauteurs des poteaux étaient données. On inverse maintenant le problème : les câbles doivent se croiser à du sol, et les hauteurs des poteaux doivent être des nombres entiers de mètres. Quels choix sont possibles ?

Notions utiles avant de commencer

On reprend la configuration de l’exercice 4.4. Les poteaux sont verticaux sur un sol horizontal ; leurs pieds sont distincts. Les câbles joignent chaque sommet au pied opposé. Les nombres positifs désignent les mesures, en mètres, de

L’inverse d’un nombre positif est leur produit vaut Exemple : si alors car Ce résultat est une hauteur possible, mais ce n’est pas un nombre entier de mètres.

Pour des nombres positifs, prendre l’inverse renverse l’ordre : plus le dénominateur est grand, plus la fraction de numérateur est petite. Par exemple, et

On ne distingue pas un choix de poteaux de celui obtenu en échangeant la gauche et la droite. On appellera donc la plus petite des deux hauteurs, en autorisant l’égalité :

Figure de l'énoncé

A. Obtenir une relation valable pour toutes les hauteurs

  1. A1)

    Reprendre les deux paires de triangles semblables de l’exercice initial. Établir et puis additionner pour obtenir Pourquoi peut-on ensuite diviser par En déduire

  2. A2)

    Vérifier qu’avec des poteaux de et le croisement se trouve à du sol. L’écartement des pieds change-t-il ce résultat ?

  3. A3)

    Comme comparer et puis et Faire de même avec Que signifie ce résultat sur la figure ?

B. Limiter la recherche pour ne rien oublier

On impose maintenant avec et entiers positifs et

  1. B1)

    À l’aide de A3, expliquer pourquoi ne peut être ni ni

  2. B2)

    Supposons Pourquoi aurait-on aussi Montrer alors que ce qui est impossible. Quelles sont les seules valeurs entières de qu’il reste à examiner ?

  3. B3)

    Pour chacune, compléter le tableau. Calculer d’abord puis prendre son inverse pour trouver

    Entier et
  4. B4)

    Vérifier chaque paire obtenue dans la relation de A1. Donner tous les choix de hauteurs, sans compter deux fois une paire échangée. Expliquer séparément pourquoi chacun convient et pourquoi aucun autre n’est possible.

C. Transférer : imposer un croisement à

  1. C1)

    On conserve des hauteurs entières et mais on impose Trouver toutes les paires possibles. Commencer par encadrer puis dresser un tableau donnant et Un candidat fractionnaire ne satisfait pas la contrainte de départ.

  2. C2)

    Parmi ces choix, on veut que le plus grand poteau soit le moins haut possible. Quel choix retenir ? Est-ce celui qui utilise le plus petit poteau possible ? Justifier les deux réponses.

À retenir

Une formule permet de tester des choix. Pour trouver toutes les solutions, on doit aussi limiter la recherche, examiner tous les cas restants et vérifier les contraintes. Chercher un exemple, chercher toutes les solutions et choisir la meilleure selon un critère sont trois tâches différentes.

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4.5 Cascade de similitudes : les hauteurs en action perfectionnement★★★★

et sont deux triangles rectangles respectivement en et en construits du même côté de leur hypoténuse commune avec et Dans le triangle est le pied de la hauteur issue de Le segment coupe le segment en

Objectif : calculer sans jamais connaître

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, puis en déduire que

  2. b)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, puis en déduire que

  3. c)

    Déduire des questions a) et b) que puis calculer (valeur exacte).

  4. d)

    Question de sens : la longueur n’était pas donnée, et pourtant est parfaitement déterminé. Que devient si on refait la figure avec un plus grand (toujours et

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TD · 5

Justifier et raisonner

5.1 Repérer l’erreur : la copie de Naïm recommandé★★☆☆

Les triangles et sont semblables, avec et On donne et Il faut calculer

Copie de Naïm. et donc le rapport vaut les triangles sont égaux, et

  1. a)

    Le résultat de Naïm est faux. Identifier précisément l’erreur commise (quel geste de la méthode a été sauté ?).

  2. b)

    Rédiger la solution correcte et donner la vraie valeur de

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5.2 Contrôler la cohérence : sans calculer recommandé★★☆☆

Chacune des affirmations suivantes est fausse, et on peut le voir sans poser un seul calcul. Expliquer pourquoi, en une phrase à chaque fois.

  1. a)

    « Un agrandissement de rapport a multiplié l’aire de la figure par

  2. b)

    « Dans mon triangle réduit à l’échelle le côté de est devenu un côté de

  3. c)

    « Ces deux triangles sont semblables : dans le premier, le plus grand côté fait face au plus grand angle ; dans le second, qui n’est pas équilatéral, le plus grand côté fait face au plus petit angle. »

  4. d)

    « La maquette est à l’échelle donc la surface de peinture nécessaire est fois plus petite que pour l’objet réel. »

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5.3 Rédiger une solution complète recommandé★★★☆

Les segments et se coupent en On sait que et on donne :

Rédiger une solution complète et autonome, sur le canevas travaillé dans le chapitre :

  1. a)

    démontrer que les triangles et sont semblables (deux paires d’angles égaux, chacune justifiée) ;

  2. b)

    apparier, poser le tableau, puis calculer et

  3. c)

    vérifier (rapports égaux, cohérence grand/petit) et conclure par une phrase.

Modifier, créer, faire résoudre

  1. 1.

    Modifier et prévoir. Dans l’énoncé précédent, remplacer par sans changer ni Avant de calculer, prévoir l’effet sur le rapport de similitude de vers sur et sur puis vérifier.

  2. 2.

    Créer sous contrainte. Inventer un problème sur deux triangles semblables, le second étant une réduction du premier dans le rapport avec une longueur inconnue dans chaque triangle et des données suffisantes pour les calculer. Préciser sans ambiguïté la correspondance des sommets.

  3. 3.

    Résoudre, vérifier, échanger. Résoudre en justifiant la similitude et l’appariement, vérifier les trois rapports, puis faire résoudre l’énoncé par un camarade. Réviser toute donnée inutile, manquante ou ambiguë.

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5.4 Démontrer une perpendicularité : les deux milieux du carré perfectionnement★★★☆

est un carré. est le milieu de et le milieu de Les segments et se coupent en

Objectif : démontrer que sans rapporteur, sans mesure, sans quadrillage.

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont égaux (citer précisément le cas d’égalité utilisé : section 1 du cours).

  2. b)

    En déduire que et que

  3. c)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  4. d)

    Conclure que

  5. e)

    Autre méthode. Retrouver le résultat en calculant la somme dans le triangle Comparer les deux méthodes : laquelle est la plus courte, et pourquoi ?

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TD · 6

Sujets type Brevet

Les sujets 1 à 6 sont de niveau , les sujets 7 à 9 de niveau . Les sujets 1 et 2 reprennent volontairement le squelette de l’exercice 2.2 : c’est un entraînement au format.

6.1 Brevet 1 : Triangles semblables sur une droite recommandé★★★☆

Sur la figure ci-dessous : le point appartient au segment et les droites et sont parallèles ; les droites et sont parallèles.

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les angles et ont la même mesure.

  2. b)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  3. c)

    En déduire les longueurs et

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6.2 Brevet 2 : Le papillon recommandé★★★☆

Les segments et se coupent en et les droites et sont parallèles. On donne :

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  2. b)

    Calculer et

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6.3 Brevet 3 : Semblables et aires recommandé★★★☆

Les triangles et sont semblables, avec et On donne : l’aire du triangle vaut le périmètre du triangle vaut

  1. a)

    Donner le rapport de similitude de vers

  2. b)

    Calculer le périmètre du triangle

  3. c)

    Calculer l’aire du triangle

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6.4 Brevet 4 : Reconnaître, puis calculer recommandé★★☆☆

Le triangle vérifie et Le triangle vérifie et

  1. a)

    Démontrer que ces deux triangles sont semblables.

  2. b)

    Préciser les trois paires de sommets homologues.

  3. c)

    On donne (arrondi au dixième) et Estimer la longueur à partir de ces données.

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6.5 Brevet 5 : Le plan de l’appartement recommandé★★★☆

Un architecte fournit le plan d’un appartement à l’échelle La hauteur sous plafond est de

  1. a)

    Sur le plan, le séjour a une longueur de Quelle est sa longueur réelle, en mètres ?

  2. b)

    Sur le plan, la chambre a une aire de Quelle est son aire réelle, en m² ?

  3. c)

    Une donnée de l’énoncé n’a servi à rien. Laquelle, et pourquoi est-ce normal ?

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6.6 Brevet 6 : La maquette de voiture au 1/18 recommandé★★★☆

(Jumeau de l’exercice 4.2, pour réviser.) Une maquette de voiture de collection est à l’échelle

  1. a)

    La voiture réelle mesure de long. Quelle est la longueur de la maquette, en cm ?

  2. b)

    Le pare-brise réel a une aire de Quelle est l’aire du pare-brise de la maquette, en cm² ?

  3. c)

    Le coffre réel a un volume de Quel est le volume du coffre de la maquette, en mL ?

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6.7 Brevet 7 : Les deux plateaux perfectionnement★★★★

Un artisan fabrique deux plateaux triangulaires semblables. Le petit a un périmètre de et une aire de le grand a un périmètre de

  1. a)

    Justifier que le rapport de similitude du petit vers le grand vaut (Pourquoi le rapport des périmètres est-il égal à

  2. b)

    Calculer l’aire du grand plateau.

  3. c)

    L’artisan vend le petit plateau  € et affirme : « le grand coûte fois plus cher, car il est fois plus grand ». Si le prix est proportionnel à la quantité de bois (l’aire), que devrait coûter le grand plateau ?

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6.8 Brevet 8 : Formats de photo perfectionnement★★★★

Les tirages photo standards ont pour formats (en cm) : et

  1. a)

    Le format est-il un agrandissement du format Si oui, de quel rapport ?

  2. b)

    Dans ce cas, par combien l’aire du tirage est-elle multipliée ?

  3. c)

    Le format est-il un agrandissement du format Expliquer pourquoi le laboratoire doit rogner l’image s’il veut remplir ce papier sans marge et sans déformer l’image.

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6.8 Enrichissement facultatif perfectionnement

Un rectangle qui garde son format lorsqu’on le coupe en deux

Après les formats de photo, on cherche un format de feuille particulier. On coupe un rectangle en deux rectangles égaux, perpendiculairement à ses grands côtés. On voudrait que chaque moitié, après un quart de tour, ait la même forme que la feuille entière.

Notions utiles avant de commencer

Le grand côté mesure et le petit côté avec Les deux nombres sont dans la même unité. Le rapport de format est il compare le grand côté au petit. Deux rectangles ont la même forme exactement lorsque leurs rapports de format sont égaux. Exemple : et ont tous deux le rapport même si on tourne l’une des feuilles.

Couper le grand côté en deux donne des moitiés de dimensions et Il faut les ranger du plus petit au plus grand avant de comparer les formats : le grand côté de la moitié n’est pas forcément celui issu du grand côté initial.

Pour est le nombre positif dont le carré vaut Par exemple, puisque Si et on écrit donc Une valeur décimale arrondie peut aider à tracer, mais ne remplace pas une égalité exacte.

A. Comprendre la coupure et l’appariement

Figure de l'énoncé
  1. A1)

    Tester une feuille de dimensions Donner les dimensions d’une moitié, son grand côté et son petit côté. Comparer son rapport de format à celui de la feuille entière. La moitié de l’aire suffit-elle à garantir la même forme ?

  2. A2)

    Écarter les feuilles trop allongées : si le grand côté d’une moitié vaut et le petit vaut (égaux si Comparer les deux quotients de longueurs homologues. Pourquoi ce cas ne peut-il pas convenir ?

B. Trouver le format et vérifier qu’il convient

On cherche désormais parmi les rectangles tels que Le grand côté d’une moitié est donc et le petit est

  1. B1)

    Écrire l’égalité entre les deux coefficients « moitié / feuille entière ». Montrer qu’elle impose puis Quel est le seul rapport de format positif possible ?

  2. B2)

    Vérifier réciproquement que donne bien les mêmes coefficients sur les deux côtés. Pour donner la valeur exacte de puis son arrondi au centième. Donner le coefficient de réduction exact vers une moitié et vérifier son effet sur l’aire.

  3. B3)

    Recommencer la même coupure sur une moitié : pourquoi garde-t-on encore le format ? Après deux coupures successives, quelle fraction de l’aire initiale représente l’un des quatre morceaux ? Quel est le rapport de réduction en longueur par rapport à la feuille initiale ?

C. Transférer et distinguer exact d’approché

  1. C1)

    On cherche maintenant un nouveau format, avec qui se conserve lorsqu’on partage le grand côté en trois parties égales. Les trois morceaux ont pour dimensions et Déterminer le rapport de format nécessaire et vérifier qu’il suffit. Donner le coefficient de réduction et la fraction d’aire d’un morceau.

  2. C2)

    Une feuille mesure exactement sur Garde-t-elle exactement son format après la coupure en deux ? Comparer et Expliquer pourquoi une petite différence peut être invisible sur un dessin sans être nulle.

À retenir

Pour retrouver une forme après une découpe, on identifie d’abord les côtés homologues, quitte à tourner un morceau. On traduit ensuite la conservation de la forme par des rapports égaux et on vérifie la solution. Une égalité d’aires seule ne suffit pas.

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6.9 Brevet 9 : L’angle commun caché perfectionnement★★★★

Dans le triangle est un point de et un point de tels que On donne :

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables.

  2. b)

    Préciser les côtés homologues, puis calculer et

  3. c)

    Vérifier que est bien à l’intérieur du segment avec la longueur trouvée. Pourquoi ce contrôle est-il utile ?

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TD · 7

Pour aller plus loin (banque triée)

Banque triée par type : interdisciplinaires (7.1 à 7.3), approfondissements (7.4 à 7.6 et 7.8), défis (7.7, 7.9 et 7.10). Les exercices 7.8 et 7.9 démontrent le théorème de Pythagore par deux chemins différents ; 7.10 les compare à un troisième.

7.1 Géographie : lire une carte recommandé★★★☆

  1. a)

    Sur une carte de France à l’échelle la distance Paris–Lyon à vol d’oiseau mesure Quelle est la distance réelle, en km ?

  2. b)

    Par l’autoroute, on parcourt environ Pourquoi les deux réponses diffèrent-elles ? Laquelle la carte donne-t-elle ?

  3. c)

    Sur une carte régionale à l’échelle un lac occupe Calculer son aire réelle en km² (réinvestir les puissances de du chapitre 01 :

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7.2 SVT : au microscope recommandé★★★☆

Une photographie prise au microscope est imprimée de sorte que toutes les longueurs de l’objet sont agrandies dans le rapport

  1. a)

    Une cellule mesure  µm  µm Quelle est sa taille sur la photographie imprimée, en cm ?

  2. b)

    Par combien l’aire de l’image de la cellule est-elle multipliée ?

  3. c)

    Écrire  µm en mètres, en notation scientifique (chapitre 01).

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7.3 Le géant impossible perfectionnement★★★★

Dans les contes, un géant est un homme agrandi dans le rapport Prenons un homme de et

  1. a)

    Quelle serait la taille du géant ?

  2. b)

    On suppose les mêmes matériaux et les mêmes masses volumiques : la masse est alors proportionnelle au volume du corps. Quelle serait la masse du géant, en tonnes ?

  3. c)

    La solidité d’un os est proportionnelle à l’aire de sa section (la surface de la « tranche »). Par combien cette aire est-elle multipliée ?

  4. d)

    Chaque cm² d’os du géant doit donc porter combien de fois plus de masse que chez l’homme ? Expliquer pourquoi le géant serait plus fragile. Peut-on affirmer que ses os casseraient sans connaître leur résistance initiale ? (C’est la « loi carré-cube », qui explique aussi pourquoi les grands animaux ont des pattes proportionnellement plus épaisses.)

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7.4 Des transformations pour passer de l’un à l’autre perfectionnement★★★☆

(Préparation du chapitre 06.) Sur le quadrillage ci-dessous (carreaux de on considère les triangles et

Figure de l'énoncé
  1. a)

    En lisant les longueurs sur le quadrillage, vérifier que est semblable à et donner le rapport de similitude de vers

  2. b)

    Décrire un enchaînement de transformations connues (déplacement, quart de tour, agrandissement) qui envoie sur Plusieurs réponses sont possibles : en proposer une, précisément décrite.

L’« agrandissement de centre fixé » employé au b) s’appelle une homothétie : elle est étudiée au chapitre 06.

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7.5 La réciproque de la caractérisation perfectionnement★★★★

Dans le cours, le sens réciproque est présenté comme un approfondissement. Reprenons sa démonstration. Soient et deux triangles tels que avec Le cas est réglé par le cas d’égalité « côté-côté-côté » ; si on échange les rôles des triangles pour obtenir un rapport

  1. a)

    Placer sur tel que la parallèle à passant par coupe en Faire une figure.

  2. b)

    Justifier que (acquis de 4e).

  3. c)

    Montrer que puis en déduire et

  4. d)

    En déduire que les triangles et sont égaux (préciser le cas d’égalité), puis que les angles de sont égaux à ceux de (justifier soigneusement le passage de à quels angles sont égaux, et pourquoi ?).

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7.6 Le triangle de Sierpiński perfectionnement★★★★

(Vers le lycée.) On part d’un triangle équilatéral de côté d’aire notée (étape 0). À chaque étape, on remplace chaque triangle par les triangles « des coins », obtenus en joignant les milieux des côtés (le triangle central est évidé).

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Justifier que chaque petit triangle de l’étape 1 est une réduction de rapport du triangle initial. Quelle est l’aire de chacun, en fonction de

  2. b)

    En déduire l’aire totale grisée à l’étape 1, puis à l’étape 2, en fonction de L’écrire sous la forme (puissances du chapitre 01 !).

  3. c)

    Calculer le total des périmètres des triangles grisés aux étapes 0, 1 et 2. Que constate-t-on ?

  4. d)

    Si on continue indéfiniment, vers quoi l’aire grisée semble-t-elle se diriger ? Et le périmètre total ? (Réponse en une phrase : c’est le paradoxe des fractales.)

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7.7 Défi : presque jumeaux perfectionnement★★★☆

Énoncé bref, raisonnement pur : tout le monde peut chercher.

Existe-t-il deux triangles semblables mais non égaux qui ont deux longueurs de côtés en commun ? Trouver un exemple (avec des longueurs explicites, et la vérification qu’il s’agit bien de triangles) ou démontrer que c’est impossible.

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7.7 Enrichissement facultatif perfectionnement

Presque jumeaux : de l’exemple à toute une famille

À lire après avoir cherché le défi initial.

L’exercice initial demande un exemple. On cherche maintenant toutes les paires de triangles semblables de rapport ayant deux longueurs distinctes de côtés en commun, avec leurs six longueurs entières en centimètres. On décrit les triangles par leurs longueurs : déplacer ou retourner une figure ne crée pas une nouvelle solution.

Notions utiles avant de commencer

Une longueur commune apparaît dans les deux triangles. Cela ne signifie pas que les côtés de cette longueur sont homologues. Les côtés homologues occupent le même rang lorsqu’on range les longueurs de chaque triangle du plus petit au plus grand.

Exemple déjà obtenu : et sont semblables de rapport Leurs longueurs communes sont et mais le côté de longueur du premier correspond à celui de longueur du second.

Deux longueurs distinctes sont deux valeurs différentes : deux côtés mesurant chacun ne représentent qu’une longueur distincte. Pour trois nombres il existe un triangle non aplati si et seulement si

Rappel d’arithmétique : un produit de deux entiers impairs est impair. Donc, si ou est pair, est pair. Par exemple, est impair, tandis que est pair. Un entier positif pair s’écrit avec entier positif.

A. Comprendre comment deux longueurs peuvent se retrouver

Dans cette partie, on considère un agrandissement de rapport

  1. A1)

    Dans l’exemple et écrire les trois quotients entre côtés homologues. Indiquer le rang de la longueur dans chacun des triangles, puis faire de même pour Pourquoi cet exemple ne répond-il pas encore à la nouvelle contrainte de longueurs entières ?

  2. A2)

    Un triangle isocèle, éventuellement équilatéral, a au plus deux longueurs distinctes. Expliquer pourquoi sa plus petite longueur n’apparaît pas dans un agrandissement de rapport Peut-il alors partager deux longueurs distinctes avec cet agrandissement ?

  3. A3)

    On peut désormais noter les trois longueurs du premier triangle. Celles du second sont Pourquoi n’est-il pas commun aux deux triangles ? Pourquoi n’est-il pas commun ? En déduire que les deux longueurs communes sont nécessairement dans le premier et dans le second. Justifier alors et on associe ici les valeurs communes dans l’ordre, pas les côtés homologues.

B. Imposer le rapport et les longueurs entières

On fixe maintenant et on conserve la notation pour le plus petit côté du premier triangle.

  1. B1)

    À l’aide de A3, compléter :

    petit côtécôté intermédiairegrand côté
    premier triangle
    second triangle

    Pour tout vérifier que la somme des deux plus petits côtés du premier est supérieure au troisième. Pourquoi le second est-il alors aussi un triangle ?

  2. B2)

    Les six longueurs doivent être entières. Pourquoi entier impose-t-il avec entier ? En remplaçant dans montrer ensuite que Enfin, en remplaçant dans montrer que En déduire que est un multiple de

  3. B3)

    Remplacer par dans les six longueurs. Réciproquement, vérifier que tout entier fournit bien deux triangles non égaux, semblables de rapport à longueurs entières et avec deux longueurs distinctes en commun. Conclure : a-t-on obtenu quelques exemples ou toutes les solutions ?

  4. B4)

    Quel est le choix qui rend le plus petit côté aussi petit que possible ? Justifier à la fois qu’il convient et qu’aucun choix plus petit n’est possible.

C. Ajouter une borne, puis changer une hypothèse

  1. C1)

    On impose en plus que le plus grand côté du second triangle mesure au plus Trouver toutes les paires de triangles possibles et donner leurs six longueurs dans un tableau. Justifier où s’arrête la liste.

  2. C2)

    On revient à des longueurs positives quelconques, mais on remplace le rapport par Deux triangles semblables non égaux peuvent-ils alors avoir deux longueurs distinctes de côtés en commun ? Reprendre A3, puis vérifier l’inégalité triangulaire. Une suite de nombres proportionnels suffit-elle à former des triangles ?

À retenir

Pour décrire toutes les solutions, on montre d’abord la forme que toute solution doit avoir, puis on vérifie que chaque objet de cette forme convient. Les contraintes arithmétiques ne remplacent pas la condition géométrique : les longueurs doivent réellement former des triangles.

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7.8 Relations dans le triangle rectangle : Pythagore redémontré perfectionnement★★★★

Cet exercice réinvestit la caractérisation angulaire du cours : le théorème de Pythagore y est démontré, non utilisé.

est un triangle rectangle en et est le pied de la hauteur issue de et

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, et justifier soigneusement l’appariement (quels angles se correspondent ?).

  2. b)

    En déduire que puis que (théorème d’Euclide).

  3. c)

    Démontrer de même que les triangles et sont semblables, et en déduire que

  4. d)

    À l’aide des rapports de a) et de c), établir puis et en déduire que (relation de la hauteur, dite « de Descartes »).

  5. e)

    En additionnant les deux égalités d’Euclide (questions b et c), démontrer que c’est le théorème de Pythagore.

  6. f)

    Contrôle numérique. Dans le triangle calculer et avec les formules, puis vérifier les relations de b), c) et d), et vérifier que

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7.8 Enrichissement facultatif perfectionnement

Construire une racine carrée avec un demi-cercle

À traiter après avoir établi la relation de l’exercice 7.8. On va la lire dans l’autre sens : choisir et pour fabriquer une longueur dont on connaît le carré.

Notions utiles avant de commencer

Pour est le nombre positif dont le carré vaut Exemple : car Si une longueur positive mesurée en centimètres, vérifie on sait donc qu’elle vaut exactement même sans disposer d’une écriture décimale exacte.

On utilise la propriété du cercle : si appartient à un cercle de diamètre avec alors est rectangle en Construire un point sur ce cercle permet donc d’obtenir l’angle droit nécessaire à la relation de la hauteur.

Une construction exacte est justifiée par les propriétés des objets : milieu, cercle, perpendicularité, égalités de longueurs. Le tracé matériel a la précision des instruments ; sa mesure seule ne constitue pas la preuve. Dans les calculs, les lettres minuscules désigneront les valeurs numériques des longueurs en centimètres.

A. Fabriquer une longueur dont le carré vaut

Figure de l'énoncé
  1. A1)

    Réaliser cette construction : tracer un segment de longueur placer avec placer le milieu de tracer le demi-cercle de centre au-dessus de la perpendiculaire à en rencontre ce demi-cercle en Quel rayon utiliser ? Combien mesure

  2. A2)

    Justifier que est rectangle en puis que En déduire la valeur exacte de et vérifier qu’elle est strictement comprise entre et

  3. A3)

    Une mesure donne environ Calculer cette valeur décimale est-elle la longueur exacte ? Quelle étape de la construction prouve la valeur exacte sans dépendre de la graduation d’une règle ?

B. Comprendre la machine géométrique

  1. B1)

    Reprendre la construction avec et où Donner le rayon du demi-cercle, puis la longueur en fonction de et Expliquer pourquoi la justification fonctionne pour tous ces choix.

  2. B2)

    Pour obtenir encore on choisit maintenant et Justifier ce résultat. Les deux grands triangles ainsi construits, avec des hypoténuses de et sont-ils semblables ? Utiliser le fait qu’une similitude multiplie aussi les hauteurs par son rapport.

C. Choisir les données, puis chercher le maximum

  1. C1)

    Construire un segment de longueur par ce procédé. Choisir les deux longueurs sur le diamètre, donner le rayon à utiliser et justifier le résultat. Un seul choix qui convient est demandé.

  2. C2)

    On fixe désormais mais on laisse se déplacer strictement entre et Quelle est la plus grande hauteur possible et où faut-il placer Indice : noter le centre du demi-cercle. Traiter directement, puis comparer au rayon lorsque avec Pythagore dans

À retenir

Une formule géométrique sert aussi à concevoir une construction. Le demi-cercle garantit l’angle droit ; les triangles semblables relient le carré de la hauteur au produit des deux segments du diamètre. Choisir les données, construire et prouver sont trois étapes distinctes.

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7.9 Défi : Pythagore par le cercle perfectionnement★★★★

Il existe des centaines de démonstrations du théorème de Pythagore. En voici une qui utilise un cercle et des triangles semblables : trois questions suffisent.

est un triangle rectangle en On pose et Le cercle de centre passant par coupe la droite en deux points : du côté de et de l’autre côté, les points sont alors dans l’ordre

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Justifier que et que (Au passage : pourquoi est-on sûr que

  2. b)

    Démontrer que le triangle est rectangle en (Rappel de 4e : si un triangle est inscrit dans un cercle dont un côté est un diamètre, alors il est rectangle.)

  3. c)

    Démontrer que les triangles et sont semblables, en déduire que puis que

Pour les curieux : trois autres démonstrations « par triangles semblables » existent sur le même principe : l’une avec le cercle de centre passant par une autre qui recolle trois triangles semblables en un rectangle, et une troisième avec une bissectrice. De quoi nourrir un exposé.

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7.10 Deux preuves de Pythagore : laquelle éclaire ? perfectionnement★★★★

(Pythagore est un acquis de 4e : ici on ne (re)découvre pas le théorème, on compare deux façons de le prouver. À faire après 7.8.)

Voici une seconde démonstration du théorème de Pythagore, « par découpage ». On prend un grand carré de côté et quatre copies d’un même triangle rectangle, dont les côtés de l’angle droit mesurent et et l’hypoténuse

Figure de l'énoncé
  1. a)

    Sur la figure de gauche, justifier que la région blanche centrale a ses quatre côtés égaux à (ce sont des hypoténuses) et ses quatre angles droits. (Indication : à chaque sommet, les deux angles aigus d’un triangle rectangle sont complémentaires, donc de somme En déduire que son aire vaut

  2. b)

    Sur la figure de droite, les quatre mêmes triangles ont été glissés. Justifier que les deux régions blanches sont deux carrés, d’aires et

  3. c)

    Dans les deux cas, on a le même grand carré et les mêmes quatre triangles : la surface blanche restante a donc la même aire des deux côtés. En déduire que

  4. d)

    Découper le puzzle dans du papier (un grand carré et quatre triangles rectangles identiques) et retrouver « avec les mains » le passage d’une figure à l’autre.

  5. e)

    Comparer deux preuves. En 7.8, on a démontré Pythagore autrement, par les triangles semblables. Des deux démonstrations, laquelle convainc le plus vite ? Laquelle fait le mieux voir pourquoi le théorème est vrai ? Rédiger son avis en quelques lignes, avec un argument.

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