🇨🇩 Géométrie

Constructions dans le plan

⏱ 30 minProgramme officiel : CD-H1-GEO-03

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🎯 Dans cette leçon, tu vas apprendre à

  • Construire bissectrices, partages de segment, tangentes à un cercle, cercles tangents et droites remarquables d’un triangle.

La leçon

Introduction

Pour tracer un rond-point, partager une planche en parts égales ou placer un poteau à égale distance de trois maisons, un menuisier ou un maçon de Lubumbashi utilise la règle et le compas. Chaque construction repose sur une propriété géométrique précise. Dans cette leçon, tu apprends à construire bissectrices, médiatrices, partages de segments, tangentes, cercles tangents et droites remarquables d’un triangle, et à justifier chaque construction.

Explication

Médiatrice et bissectrice

  • La médiatrice de [AB][AB] est la droite perpendiculaire à (AB)(AB) en son milieu. C’est l’ensemble des points équidistants de AA et de BB. Construction : deux arcs de même rayon (plus grand que AB2\dfrac{AB}2) centrés en AA et en BB se coupent en deux points ; on trace la droite qui les joint.
  • La bissectrice d’un angle xOy^\widehat{xOy} est la demi-droite qui le partage en deux angles égaux. Ses points sont équidistants des côtés [Ox)[Ox) et [Oy)[Oy). Construction : un arc centré en OO coupe les côtés en MM et NN ; deux arcs de même rayon centrés en MM et NN se coupent en PP ; la bissectrice est [OP)[OP).

Explication

Partage d’un segment en nn parties égales

  1. On trace une demi-droite [Ax)[Ax) qui ne porte pas [AB][AB].
  2. Au compas, on reporte sur [Ax)[Ax) nn longueurs égales : on obtient A1A_1, A2A_2, …, AnA_n.
  3. On trace (AnB)(A_nB), puis les parallèles à (AnB)(A_nB) passant par A1A_1, …, An−1A_{n-1}. Elles coupent [AB][AB] en nn parties égales.

Justification : d’après le théorème de Thalès, les parallèles conservent les rapports de longueurs. Pour partager [AB][AB] dans le rapport 23\dfrac23 (deux parts d’un côté, trois de l’autre), on reporte 55 longueurs égales et on garde le 2e point.

Explication

Tangentes et cercles tangents

  • La tangente en un point TT d’un cercle de centre OO est la perpendiculaire à (OT)(OT) en TT.
  • Tangentes issues d’un point PP extérieur : on trace le cercle de diamètre [OP][OP] ; il coupe le cercle donné en TT et T′T'. Comme OTP^\widehat{OTP} est inscrit dans un demi-cercle, il est droit : (PT)(PT) et (PT′)(PT') sont les tangentes, et PT=PT′=OP2−r2PT=PT'=\sqrt{OP^2-r^2}.
  • Deux cercles de centres OO, O′O' et de rayons rr, r′r' sont tangents extérieurement si OO′=r+r′OO'=r+r', et tangents intérieurement si OO′=∣r−r′∣OO'=|r-r'| (avec r≠r′r\ne r'). Le point de contact est sur la droite (OO′)(OO').

Explication

Droites remarquables du triangle

DroitesPoint de concoursPropriété
Médiatrices des côtésCentre du cercle circonscritÉquidistant des trois sommets
Bissectrices des anglesCentre du cercle inscritÉquidistant des trois côtés
Médianes (sommet → milieu du côté opposé)Centre de gravité GGGG est aux 23\dfrac23 de chaque médiane à partir du sommet
HauteursOrthocentre—

Dans un triangle rectangle, le centre du cercle circonscrit est le milieu de l’hypoténuse.

Exemple résolu

Problème : Un cercle a pour centre OO et pour rayon 6 cm ; le point PP est tel que OP=10OP=10 cm. Construis les tangentes issues de PP et calcule leur longueur PTPT.

Étape 1 : On place II, milieu de [OP][OP] (avec la médiatrice de [OP][OP]).

Étape 2 : On trace le cercle de centre II et de rayon IO=5IO=5 cm ; il coupe le cercle donné en TT et T′T'.

Étape 3 : On trace (PT)(PT) et (PT′)(PT'). L’angle OTP^\widehat{OTP} est droit (inscrit dans un demi-cercle), donc (PT)⊥(OT)(PT)\perp(OT) : ce sont bien des tangentes.

Étape 4 : Dans le triangle OTPOTP rectangle en TT : PT2=102−62=64PT^2=10^2-6^2=64.

Réponse : PT=PT′=8PT=PT'=8 cm.

Exemple résolu

Problème : Partage une planche représentée par un segment [AB][AB] de 7 cm en 3 parties égales.

Étape 1 : Une mesure à la règle donnerait 73≈2,33\dfrac73\approx2{,}33 cm, valeur approchée : on préfère une construction exacte.

Étape 2 : On trace une demi-droite [Ax)[Ax) et on y reporte trois fois la même longueur (par exemple 2 cm) : points A1A_1, A2A_2, A3A_3.

Étape 3 : On trace (A3B)(A_3B), puis les parallèles à (A3B)(A_3B) passant par A1A_1 et A2A_2. Elles coupent [AB][AB] en M1M_1 et M2M_2.

Étape 4 : Par Thalès, AM1AB=AA1AA3=13\dfrac{AM_1}{AB}=\dfrac{AA_1}{AA_3}=\dfrac13.

Réponse : AM1=M1M2=M2B=73AM_1=M_1M_2=M_2B=\dfrac73 cm, obtenus sans arrondi.

Exemple résolu

Problème : Les cercles C\mathcal C (centre OO, rayon 3 cm) et C′\mathcal C' (centre O′O', rayon 5 cm) sont tangents. Quelle peut être la distance OO′OO' ? Où se trouve le point de contact ?

Étape 1 : S’ils sont tangents extérieurement : OO′=3+5=8OO'=3+5=8 cm.

Étape 2 : S’ils sont tangents intérieurement : OO′=5−3=2OO'=5-3=2 cm (le petit cercle est à l’intérieur du grand).

Étape 3 : Dans les deux cas, le point de contact TT est sur la droite (OO′)(OO'), à 3 cm de OO et à 5 cm de O′O'.

Réponse : OO′=8OO'=8 cm (contact extérieur) ou OO′=2OO'=2 cm (contact intérieur).

Attention

Attention : Ne confonds pas trois droites qui passent par le milieu ou par un sommet. La médiatrice de [BC][BC] est perpendiculaire à [BC][BC] en son milieu ; la médiane issue de AA joint AA au milieu de [BC][BC] ; la hauteur issue de AA passe par AA et est perpendiculaire à (BC)(BC). De même, le centre du cercle circonscrit vient des médiatrices, celui du cercle inscrit vient des bissectrices.

À retenir

  • Médiatrice : points équidistants de deux points ; bissectrice : points équidistants de deux côtés.
  • Partage en nn parties égales : nn longueurs égales sur une demi-droite, puis des parallèles (Thalès).
  • Tangente en TT : perpendiculaire au rayon [OT][OT] ; depuis PP extérieur : cercle de diamètre [OP][OP], PT=OP2−r2PT=\sqrt{OP^2-r^2}.
  • Cercles tangents : OO′=r+r′OO'=r+r' (extérieurement) ou OO′=∣r−r′∣OO'=|r-r'| (intérieurement).
  • Médiatrices → cercle circonscrit ; bissectrices → cercle inscrit ; médianes → centre de gravité aux 23\dfrac23 ; hauteurs → orthocentre.

✍️ Exercices

Réponds à un exercice à la fois. Ta réponse est corrigée aussitôt, avec une explication.

Exercice 1 sur 8

★ Facile

À Lubumbashi, on veut installer un robinet public à égale distance de trois maisons AA, BB et CC non alignées. Le point cherché est l’intersection :

Ta réponse