Quand j’étais au collège et qu’on étudiait le théorème de PythagoreEN, je suis tombé sur le triangle rectangle suivant :
J’ai essayé de deviner une relation entre l'hypoténuseEN et les deux autres côtés du triangle (le petit côté et le côté moyen) j’ai remarqué que .
J’ai ainsi émis la conjectureEN suivante : l’hypothénuse est égale à la longueur du côté moyen plus un tiers du petit côté.
- Est-ce vrai pour tous les triangles rectangles ?
- Peut-on trouver tous les triangles rectangles dont les longueurs des côtés sont des entiers et pour lesquels la relation est valable ?
Solutions
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Soit le triangle de côtés de longueur , et . On a donc il s’agit bien d’un triangle rectangle. Testons la conjecture sur ce triangle, dont l’hypothènuse est donc de longueur : avons-nous que , c’est-à-dire que ?
Si oui, alors la relation est également vraie en élevant les deux côtés au carré. Or .
Conclusion : la conjecture est invalidée par ce contre-exemple.
Soient le petit côté, le côté moyen et enfin l’hypothénuse d’un triangle rectangle vérifiant la conjecture. On a le système suivant avec (on exclut le cas d’un triangle dégénéré de côté nul) :
On a alors :
Or , et finalement en divisant par des deux côtés (la division est valide car est non nul par hypothèse) on aboutit à .
Les plus petits entiers non nuls et vérifiant cette relation sont et . Et l’on a alors que .
Soit un entier qui correspond au petit côté d’un triangle vérifiant la conjecture. De la relation on tire que , et de (la conjecture), on tire que .
On obtient alors que les côtés des triangles vérifiant la conjecture sont les triplets , avec réel strictement positif.
Mais nous cherchons , et entiers. Pour que et soient entiers, étant un entier, doit être un multiple de 3. En effet, si n’est pas un multiple de 3, et ne sont pas multiples de 3 et alors et ne sont pas entiers.
Comme nous avons établi que doit être multiple de 3, posons , avec . Alors et .
Au final si est un triplet vérifiant la conjecture, il est nécessairement de la forme avec entier non nul.
Réciproquement, si un triangle a pour côtés respectivement , et , avec entier non nul, on a donc les côtés du triangle vérifient la relation et donc le triangle est rectangle.
Conclusion :
Tous les triangles rectangles dont les longueurs des côtés sont des entiers et vérifiant la conjecture sont ceux dont les côtés sont de la forme , et , avec entier non nul.
