Soient un segment , son milieu, et un point quelconque dans le prolongement du segment .
Montrer que la somme des aires d’un carré de côté et d’un carré de côté est égale à deux fois la somme des aires d’un carré de côté et d’un carré de côté .

NB :
- Une figure désignée par ses sommets, par exemple , désigne la figure elle-même ; désigne son aire.
- "autre" dans le titre renvoie à un problème du même type qui se différencie de celui-ci par le fait que le point se situe sur le segment au lieu de se trouver dans son prolongement ici (voir le problème Des triangles rectangles au secours d’une égalité d’aires)
Solutions
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Construire la perpendiculaire à passant par (pour cette construction, voir le problème Comment élever une perpendiculaire en un point d’une droite ?)
Soit un point de cette perpendiculaire tel que (un simple cercle de centre C et de rayon suffit pour déterminer ce point).
Construire la parallèle à passant par et la parallèle à passant par (pour la construction de ces parallèles, voir le problème Comment construire une parallèle à une droite donnée ?).
Soit l’intersection de ces deux parallèles.
Dans cette construction, où coupe et , nous pouvons prouver que la somme des deux angles et est égale à deux angles droits (pour cette démonstration, voir le problème Quand des parallèles révèlent des angles). Comme l’angle est une partie de l’angle , nous pouvons en déduire que la somme des angles et est inférieure à deux angles droits, et donc que les deux droites et vont se rencontrer. Soit leur point d’intersection.

Intéressons-nous d’abord au . Il a deux côtés égaux par hypothèse , donc il est isocèle en C, et a donc ses deux angles et égaux (pour la démonstration de ce point, voir le problème Un triangle avec deux côtés égaux ... et les angles ?).
Par ailleurs, les trois angles du triangle étant égaux à deux angles droits (voir problème Comment Euclide démontre que les angles d’un triangle valent deux angles droits), et que l’angle est droit par construction, on peut en conclure que les angles et sont égaux chacun à un demi angle droit.
Intéressons-nous au . On peut mener exactement le même raisonnement en partant du constat que (car C milieu de ). On peut en conclure de la même façon que les angles et sont égaux chacun à un demi angle droit.
Par conséquent, l’angle au sommet E, soit , est un angle droit (car composé de deux demi-angles droits).
Considérons le . Etant donné que l’angle est égal à un demi-angle droit, son opposé au sommet , , est égal aussi à un demi-angle droit (pour la démonstration de ce point, voir le problème Deux droites se coupent... que font les angles opposés ?). Par là même, le triangle est isocèle en , et donc : (1)
Enfin, considérons le . Etant donné que la somme des trois angles est égale à deux angles droits, que l’angle est un angle droit, et que l’angle est un demi-angle droit, on peut en conclure que l’angle est un demi-angle droit aussi, donc que le triangle est isocèle, et donc que .
Le triangle est donc isocèle en et par conséquent on a égalité des deux côtés et (pour la démonstration de ce point, voir le problème Un triangle avec deux angles égaux...et les côtés ?), soit .

Nous allons maintenant à quatre reprises utiliser le théorème de Pythagore pour les quatre triangles rectangles de cette construction, soit , , et (pour la démonstration du théorème de Pythagore, voir le problème Quand Euclide démontre Pythagore…..).
Appliquons donc la relation de Pythagore au : la somme des aires du carré sur et du carré sur est égale à l’aire du carré sur . En notant que , nous pouvons en déduire que :
l’aire du carré sur est égale à deux fois l’aire du carré sur (2)
Appliquons la relation de Pythagore au . Un raisonnement analogue nous permet de dire que l’aire du carré sur est égale à deux fois l’aire du carré sur .
Comme , nous pouvons aussi en conclure que :
l’aire du carré sur est égale à deux fois l’aire du carré sur (3)
Si nous utilisons les deux égalités (2) et (3) , nous pouvons en déduire que la somme des aires des deux carrés sur et est égale à deux fois la somme des aires des deux carrés sur et (4)
Appliquons la relation de Pythagore au (ce triangle est rectangle en comme montré ci-dessus): la somme des aires du carré sur et du carré sur est égale à l’aire du carré sur
Cette égalité, couplée avec (3) nous donne :
l’aire du carré sur est égale à deux fois la somme des aires des deux carrés sur et (5)
Enfin, appliquons la relation de Pythagore au . Nous obtenons la relation suivante :
l’aire du carré sur est égale à la somme des aires du carré sur et du carré sur (6)
La relation (5) couplée avec la relation (6) nous permet de conclure que la somme des aires du carré sur et du carré sur est égale à deux fois la somme des aires des deux carrés sur et .
En utilisant la relation (1), soit , nous trouvons la relation finale qu’il fallait démontrer, soit : .
