Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Comment trouver le centre d’un cercle déjà tracé ?

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Solution

Solution by goldfinch · FR

Soient AA et BB deux points quelconques du cercle. Tracer la corde [AB][AB].

Soit CC le milieu de [AB][AB] (pour la construction d’un milieu à la règle et au compas collapsible, voir le problème Comment partager un segment en deux parties égales ?).

Construire la perpendiculaire à (AB)(AB) passant par CC (pour la construction de cette perpendiculaire, voir le problème Comment élever une perpendiculaire en un point d’une droite ?).
Soient DD et EE les points d’intersection de cette perpendiculaire avec le cercle.

Soit FF le milieu de [DE][DE] (pour la construction d’un milieu, voir la référence ci-dessus).

F est le centre du cercle, comme nous allons le prouver ci-dessous.

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Effectuons une démonstration par l’absurde, en supposant qu’il existe un centre GG différent de FF, et en montrant que cette configuration est impossible.

Considérons les deux triangles ACGACG et CBGCBG. Ces deux triangles ont trois côtés égaux deux à deux : le côté CGCG est commun aux deux triangles, GA=GBGA=GB par définition du centre du cercle GG, et AC=CBAC=CB vu que CC est milieu de [AB][AB]. Deux triangles ayant trois côtés égaux ont leurs trois angles égaux deux à deux aussi (pour la démonstration de cette propriété, voir le problème Trois côtés suffisent-ils pour définir le triangle ?), en particulier BCG^=ACG^\widehat {BCG}=\widehat {ACG} .

Par ailleurs, par définition de l’angle droit, lorsqu’une droite - ici (GC)(GC)- coupe une autre droite - ici (AB)(AB) - en faisant deux angles égaux de part et d’autre du point d’intersection, alors les deux angles égaux sont des angles droits.
Etant donné que l’angle FCB^\widehat {FCB} est un angle droit par construction, BCG^\widehat {BCG} ne peut à la fois être une partie de l’angle droit FCB^\widehat {FCB} et être lui-même un angle droit.

Il y a donc contradiction ici, et ceci prouve qu’il ne peut exister un autre centre que FF.
Le point FF dont la construction a été proposée ci-dessus est donc bien le centre du cercle tracé.

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