- Soit un rectangle .
Proposer une méthode de construction géométrique d’un carré de même aire que le rectangle. Justifier que les deux figures ont la même aire.

- Soit un quadrilatère quelconque .
Proposer une méthode de construction d’un carré de même aire que le quadrilatère.

- Pour le rectangle de la question 1, posons =a et . Notons la longueur du côté du carré construit.
Traduire l’égalité des aires, obtenue par une construction géométrique, par une relation algébrique entre , et .
La longueur ainsi obtenue est appelée moyenne géométrique de et .
Exprimer en fonction de et .
References
- Euclide — Éléments
Solutions
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- Construire le point dans le prolongement de tel que (un simple cercle de centre et de rayon suffit pour déterminer ce point).
Soit milieu de .
Construire le cercle de centre et de rayon . Soit l’intersection de ce cercle avec la demi-droite .
Un carré de côté répond à la question posée, comme nous allons le prouver ci-dessous

Observation la configuration des quatres points alignés , , et . Nous avons un segment avec son milieu , et un point décopant ce segment. Dans cette configuration particulière, nous pouvons montrer l’égalité des aires suivante : la somme des aires du rectangle de côtés et et du carré de côté est égale à l’aire du carré de côté (1)
(pour la démonstration de cette égalité dans cette configuration précise, voir le problème Un rectangle, deux carrés… et une égalité d’aires remarquable).
En notant que, par construction du point , on a , et que par définition du point on a , la relation (1) devient : la somme des aires du rectangle de côtés et et du carré de côté est égale à l’aire du carré de côté (2)
Appliquons la relation de Pythagore au triangle , rectangle en : l’aire du carré de côté est égale à la somme des aires des deux carrés de côtés respectifs et .
En injectant cette égalité dans la relation (2), nous obtenons donc que la somme des aires du rectangle de côtés et et du carré de côté est égale à la somme des aires des deux carrés de côtés respectifs et (3).
Nous pouvons soustraire aux deux membres de l’égalité (3) l’aire du carré de côté , pour obtenir la relation finale: l’aire du carré de côté est égale à l’aire du rectangle de côtés et (4).
Ce qu’il fallait démontrer
- Il s’agit donc de construire un carré de même aire que le quadrilatère .
Dans la question précédente, nous avons proposé une méthode de construction permettant de passer d’un rectangle à un carré de même aire, son côté étant .
Il reste donc à proposer la construction d’un rectangle d’aire identique à celle d’un quadrilatère . Celle-ci peut être effectuée grâce aux étapes suivantes (pour le détail de cette construction, voir le problème Construction d’un parallélogramme : angle donné, aire d’un quadrilatère) : partage du quadrilatère en deux triangles et , puis construction de deux parallélogrammes, ayant chacun un angle droit (donc rectangles), et de même aire que chacun des deux triangles. La mise bout à bout des deux rectangles nous donne un rectangle de même aire que celle du quadrilatère (pour des raisons de lisibilité de la figure, ce rectangle a été ensuite déplacé vers la droite et pivoté, pour devenir le rectangle de la question 1 ).

Avec , , et , la relation (4) entre les aires , obtenue dans la première question, devient :
Par cette égalité, est donc bien la moyenne géométrique de et et l’expression de x est
