Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Construction d’un parallélogramme : angle donné, aire d’un quadrilatère

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Solution by goldfinch · FR

Découper le quadrilatère en deux triangles ABCABC et ACDACD en traçant le segment [AC][AC]. La construction se fera en trois étapes distinctes : construction d’un parallélogramme ayant la même aire que le triangle ABCABC et ayant un de ses angles égal à αα, puis construction sur la même base d’un autre parallélogramme ayant la même aire que le triangle ACDACD et ayant aussi un de ses angles égal à αα, et enfin démonstration que le parallélogramme constitué par la mise bout à bout des deux précédents répond à la question.

  1. Construire sur la droite (AC)(AC) un parallélogramme EFGCEFGC ayant un de ses angles égal à αα et de même aire que le premier triangle ABCABC (pour le détail de cette construction , voir le problème Construction d’un parallélogramme d’angle donné, égal en aire à un triangle).
    Nous avons donc : [EFGC]=[ABC]\bf [EFGC]=[ABC] (1)
    NB : rappelons que cette construction se fait à partir du point EE, milieu de ACAC, du point FF intersection de la droite faisant un angle par rapport à (AC)(AC) avec la droite parallèle à (AC)(AC) passant par BB, et du point GG intersection de (FB)(FB) avec la parallèle à (EF)(EF) passant par CC .

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  1. La deuxième partie de la construction est identique à la première, en prenant le second triangle ACDACD comme figure initiale.

Construire un parallélogramme CIHECIHE ayant son angle CIH^\widehat {CIH} égal à αα, et de même aire que le second triangle ACDACD. Nous avons donc : [CIHE]=[ACD]\bf [CIHE]=[ACD] (2)
(pour le détail de cette construction aussi , voir le problème Construction d’un parallélogramme d’angle donné, égal en aire à un triangle).

  1. Il reste à montrer que FGIHFGIH est un parallélogramme qui répond au problème posé, c’est-à dire d’une part qu’il est bien un parallélogramme , d’autre part qu’il a un de ses angles égal à αα et enfin qu’il y a bien égalité des aires [FGIH]=[ABCD][FGIH]=[ABCD].

(FG)(FG) est parallèle à (AC)(AC) par construction donc la somme des angles FEC^\widehat {FEC} et GCE^\widehat {GCE} est égale à deux angles droits (voir problème Quand des parallèles révèlent des angles). Au sommet C, on retrouve cette même somme d’angles, qui vaut donc deux angles droits, et dont on déduit donc que les points GCI sont alignés (voir problème Deux angles adjacents... que font les droites ?).

(GI)(GI) est parallèle à (FE)(FE) par construction donc les angles alternes-internes obtenus en coupant ces deux droites par la droite (AC)(AC) sont égaux, ainsi HEC^=GCE^\widehat {HEC}=\widehat {GCE} (voir problème Quand des parallèles révèlent des angles). On en déduit donc à nouveau que la somme des deux angles en E est égale à deux angles droits, et conséquent que FF, EE et HH sont alignés.

Par ailleurs (FG)(FG) est parallèle à (EC)(EC) qui est parallèle à (HI)(HI), et FG=EC=HIFG=EC=HI par construction, on en déduit donc que FGIHFGIH est bien un parallélogramme (voir problème Deux segments égaux et parallèles... naissance du parallélogramme ?) .

Ce parallélogramme contient bien l’angle αα en IHE^\widehat {IHE} étant donné le parallélisme de (HI)(HI) et (EC)(EC).

Enfin, le parallélogramme FGIHFGIH est constitué des deux parallélogrammes FGCEFGCE et ECIHECIH donc on peut écrire l’égalité des aires suivantes : [FGIH]=[FGCE]+[ECIH]\bf [FGIH]=[FGCE]+[ECIH] ce qui, couplé avec (1) et (2) nous donne : [FGIH]=[ABC]+[ACD]\bf [FGIH]=[ABC]+[ACD].

La construction répond donc bien à la question posée.

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  1. · goldfinch

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