Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/GeometryUnreviewed

Construction d’un parallélogramme d’angle donné, égal en aire à un triangle

by goldfinch·
20
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
·
Français

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Proposer une méthode de construction d’un parallélogramme ayant d’une part un de ses angles égal à α et d’autre part une aire égale à celle d’un triangle donné ABCABC.

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References

  1. Euclide — Éléments
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Livre 1 - Proposition 42

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1
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Solution by goldfinch

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Construire d’abord le point DD milieu de ACAC (pour cette construction, voir le problème comment partager un segment en deux parties égales).
NB : dans un souci de clarté, ne figurent ci-dessous que quelques traits de construction principaux mais il est néanmoins conseillé de suivre pas à pas la construction dEuclide pour bien en saisir la puissance, y compris pour des étapes considérées comme relativement "simples" pour un géomètre moderne).

Construire ensuite en DD une droite faisant un angle αα avec la droite (AC)(AC) et passant par DD (pour cette construction, voir le problème Même angle, autre sommet).

Construire les points EE , intersection entre la droite précédente, et la parallèle à (AC)(AC) passant par BB, et FF , intersection de (BE)(BE) avec la parallèle à (ED)(ED) passant par CC (pour la construction des deux parallèles, voir le problème Comment construire une parallèle à une droite donnée ?).

Nous venons ainsi de construire un parallélogramme EFCDEFCD. Montrons que ce parallélogramme répond à la question posée.
Il possède bien un angle αα ; il reste donc à montrer que les aires sont égales, soit :
[EFCD]=[ABC]\bf [EFCD]=[ABC].

image

Considérons les deux triangles BADBAD et BDCBDC.
Ils ont d’une part une base de même longueur AD=DCAD=DC , et d’autre part ils sont construits entre les mêmes parallèles (AC)(AC) et (BF)(BF). Dans cette configuration, nous pouvons montrer que les triangles sont superposables et donc que leurs aires sont égales (pour la démonstration de ce point, voir le problème Mêmes parallèles, bases égales… même aire des triangles ?), soit [BAD]=[BDC][BAD]=[BDC], mais aussi :
[ABC]=2×[BDC]\bf [ABC]=2\times {[BDC]} (1)

Considérons maintenant ensemble le triangle BDCBDC et le parallélogramme EFCDEFCD. Ils ont d’une part une base commune [DC][DC] et ils sont construits entre les deux mêmes parallèles (AC)(AC) et (BF)(BF). Dans cette configuration, nous pouvons montrer que leurs aires vérifient l’égalité :
[EFCD]=2×[BDC]\bf [EFCD]=2\times {[BDC]} (2)
(pour la démonstration de ce point, voir le problème Parallélogramme et triangle : pourquoi une aire double ?).

En couplant les égalités (1) et (2), nous obtenons bien l’égalité des aires recherchée :
[EFCD]=[ABC]\bf [EFCD]=[ABC].

Cette méthode de construction répond donc bien à la question posée.

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