Soient un segment et un point quelconque sur ce segment.
Montrer que la somme de 4 aires d’un rectangle de côtés et et d’un carré de côté est égale à l’aire d’un carré de côté prolongé de .

NB : Une figure désignée par ses sommets, par exemple , désigne la figure elle-même ; désigne son aire.
References
- Euclide — Éléments
Solutions
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Soit D le point dans le prolongement de tel que .
Construire le carré de côté sur le segment (pour la construction de ce carré, voir le problème Construction d’un carré sur un segment).
Construire la parallèle à passant par (pour les constructions de cette parallèle et de toutes celles à venir, voir le problème Comment construire une parallèle à une droite donnée ?).
Soient et les intersections de cette parallèle avec la diagonale et avec .
Construire la parallèle à passant par .
Soient et les intersections de cette parallèle avec la diagonale et avec .
Construire la parallèle à passant par .
Soient , et les intersections de cette parallèle avec , avec et avec .
Construire la parallèle à passant par .
Soient , et les intersections de cette parallèle avec , avec et avec .

et sont des parallélogrammes car ils sont construits entre des parallèles. Par conséquent leurs côtés opposés sont égaux et (pour la démonstration de ce point, voir le problème Propriétés du parallélogramme). Or, par définition donc : (1)
Le même raisonnement peut être fait pour , et : (2)
Par ailleurs et sont construits entre mêmes parallèles et ont une base commune (). Ils ont donc la même aire (pour la démonstration de ce point, voir le problème Mêmes parallèles, bases égales ... même aire des parallélogrammes ?), soit : (3)
Il en est de même pour et : (4)
Enfin, on peut reconnaitre dans la configuration du grand carré coupé par la diagonale que et sont complémentaires en K point de la diagonale , et sont donc superposables et égaux en aire (pour la démonstration de ce point, voir le problème Une propriété des parallélogrammes complémentaires en un point) , soit :
(5)
De (3), (4) et (5), on peut déduire l’égalité des 4 carrés :
(6)

Etant donné que comme vu précédemment, nous avons avec et des parallélogrammes de même base construits entre mêmes parallèles, donc ayant la même aire (pour la démonstration de ce point, voir le problème Mêmes parallèles, bases égales ... même aire des parallélogrammes ?), soit :
(7)
Il en est de même pour et : (8)
Par ailleurs les deux parallélogrammes et sont complémentaires au point d ela diagonale , donc ils sont superposables et ont même aire (pour la démonstration de ce point, voir le problème Une propriété des parallélogrammes complémentaires en un point), soit : (8)
De (7), (8) et (9) , on déduit : (9)
Avec l’égalité (6) et l’égalité (9), nous pouvons construire 4 aires identiques, en sommant une aire du premier type avec une aire du second type, par exemple :
ou encore : (10)
où est un rectangle de côtés et
Enfin, le grand carré a son aire composée des 4 rectangles précédents et du carré de côté , ce que l’on peut écrire de la façon suivante :
Cette égalité avec rectangle de côtés et , carré de côté , et carré de côté répond bien à la question posée.

