Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Un carré découpé… et un regroupement singulier des aires

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Solution by goldfinch · FR

Construire le carré ABEDABED de côté ABAB sur le segment [AB][AB] (pour le détail de cette construction, voir le problème Construction d’un carré sur un segment).

Construire le point FF, intersection de (DE)(DE) avec la parallèle à (AD)(AD) passant par CC (pour la construction de cette parallèle, voir le problème Comment construire une parallèle à une droite donnée ?).
Soit G l’intersection de (CF)(CF) avec la diagonale (DB)(DB).

Construire les point HH et II, intersections de la parallèle à (AB)(AB) passant par GG avec, respectivement, (AD)(AD) et (BE)(BE) (pour la construction de la parallèle, voir le problème Comment construire une parallèle à une droite donnée ?).

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Ce découpage du carré ABEDABED permet de mettre en évidence un premier carré HGFDHGFD de côté ACAC, un second carré CBIGCBIG de côté CBCB, et deux rectangles ACGHACGH et GIEFGIEF complémentaires en G, superposables et donc de même aire (pour la démonstration de ces points, voir le problème Ce que révèle un découpage judicieux d’un carré).

Intéressons-nous maintenant au rectangle ACFDACFD. Il a pour côtés ACAC et AD=ABAD=AB.
Il en est de même pour le rectangle HIEDHIED dont les côtés HIHI et HDHD sont respectivement égaux à ABAB et ACAC. Ainsi, ces deux rectangles sont égaux en aire ; [HIED]=[ACFD][HIED]=[ACFD] (1)

L’aire du grand carré ABEDABED est égale à la somme des ses parties découpées , soit :
[ABED]=[CBIG]+[GIEF]+[ACGH]+[HGFD][ABED]=[CBIG]+[GIEF]+\bf [ACGH]+[HGFD]
ou encore : [ABED]=[CBIG]+[GIEF]+[ACFD][ABED]=[CBIG]+[GIEF]+\bf[ACFD]

Ajoutons aux deux membres de cette égalité l’aire du carréHGDFHGDF. nous obtenons :
[ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+[GIEF]+[HGDF][ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+\bf[GIEF]+[HGDF]
ou encore [ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+[HIED][ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+\bf[HIED] (2)

En utilisant l’égalité (1), (2) devient : [ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+[ACFD][ABED]+[HGDF]=[CBIG]+[ACFD]+\bf[ACFD]

ou encore : [ABED]+[HGDF]=[CBIG]+2×[ACFD]\bf[ABED]+[HGDF]=[CBIG]+2\times [ACFD]

Cette égalité avec ABEDABED carré de côté ABAB, HGDFHGDF carré de côté ACAC, CBIGCBIG carré de côté CBCB, et ACFDACFD rectangle de côtés ACAC et ABAB, répond bien à la question posée.

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