Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/GeometryUnreviewed

Un parallélogramme cisaillé conserve-t-il son aire ?

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
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Français

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Soient deux parallélogrammes ABCDABCD et EBCFEBCF construits sur une même base BCBC et entre les mêmes parallèles (AF)(AF) et (BC)(BC) .

Montrer que les deux parallélogrammes ont la même aire : [ABCD]=[EBCF]\bf [ABCD]=[EBCF]

NB\textbf {NB} : afin de rester fidèles à l’esprit de la démarche d’Euclide, nous utiliserons la notation [ABCD][ABCD] pour désigner l’aire d’un parallélogramme ABCDABCD et, de même, [ABC][ABC] pour l’aire d’un triangle ABCABC.

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References

  1. Euclide — Éléments
Details

Livre 1 - Proposition 35

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Solutions

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Solution by goldfinch

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Dans un parallélogramme, les côtés opposés sont égaux (pour cette démonstration, voir le problème Propriétés du parallélogramme), donc ici, en particulier AD=BCAD=BC et EF=BCEF=BC . On en déduit d’une part AD=EFAD=EF, et, d’autre part, en rajoutant à chaque membre de l’égalité la longueur DEDE, on a aussi AE=DF\bf AE=DF (1)

Par ailleurs, (AB)(AB) étant parallèle à (DC)(DC), on a égalité des angles DAB^=EDC^\bf \widehat {DAB}=\widehat {EDC} (2) (pour la démonstration de ce point, voir le problème Quand des parallèles révèlent des angles).

Considérons maintenant les deux triangles BAEBAE et CDFCDF. Ils ont deux côtés égaux deux à deux AB=DCAB=DC et AE=DFAE=DF (1), et ils ont ont aussi un angle égal comme vu avec (2). Dans cette configuration, on peut montrer que les deux triangles sont superposables et auront tous leurs côtés et tous leurs angles égaux deux à deux (pour la démonstration de ce point, voir le problème Deux côtés avec leur angle suffisent-ils pour le triangle ?).
Ces deux triangles superposables auront donc aussi la même aire : [BAE]=[CDF][BAE]=[CDF].

Nous pouvons ensuite retrancher à ces deux aires, l’aire du petit triangle GDE qui est commune aux deux triangles, et nous obtenons une égalité d’aire de deux trapèzes : [BADG]=[CGEF][BADG]=[CGEF].

Nous pouvons rajouter à ces deux aires de trapèzes l’aire du triangle BGCBGC :
[BADG]+[BGC]=[CGEF]+[BGC][BADG]+[BGC]=[CGEF]+[BGC]
Ce qui permet pour obtenir l’égalité des deux aires de parallélogrammes [ABCD]=[EBCF][ABCD]=[EBCF], ce qu’il fallait démontrer.

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