J - QUELQUES THEOREMES CLASSIQUES
DE GEOMETRIE PLANE
Droite de Simson
Théorème - Définition Etant donné un triangle ABC, un point Mse projette orthogonalement
sur les côtés en P,Qet R.
les points P,Q,Rsont alignés si et seulement si le quadrilatère MABC est inscriptible.
La droite P QR est appelée droite de Simson relative à M.
Les triangles rectangles P MB et RMB, qui ont leur hypoténuse commune, sont inscriptibles dans un
même cercle. De même pour P MC et QMC, et pour QMA et RM A. On a donc les égalités d’angles
de droites suivantes : \
(P M, P R) =
\
(BM, BR) =
\
(BM, BA)
\
(P M, P Q) =
\
(CM, CQ) =
\
(CM, CA).
Donc l’égalité
\
(P M, P R) =
\
(P M, P Q)
a lieu si et seulement si, on a
\
(BM, BA) =
\
(CM, CA).
La première égalité se traduit par le fait que les points P,Qet Rsont alignés, et la seconde par le fait
que les points M,A,B,Csont cocycliques, ce qui donne le théorème.
M
Q
R
P
A
B C
J 2
Théorème de Ménélaüs
Théorème Etant donné un triangle ABC, on prend trois points P,Q,Rsitués chacun sur un
des côtés du triangle.
Les points P,Q,Rsont alignés si et seulement si on a l’égalité
P C
P B
·QA
QC
·RB
RA = 1 .
Q
R
P
A
B C
On considère le produit des trois homothéties
H1= (P, P C/P B)H2= (Q, QA/QC)H3= (R, RB/RA).
L’image de Bpar H1est C, l’image de Cpar H2est Aet l’image de Apar H3est B. Le point Best
donc un point fixe de la composée
H=H3H2H1.
Le rapport de l’homothétie Hest le produit des rapports de chaque homothétie et vaut donc
P C
P B
·QA
QC
·RB
RA .
Si les points R,P,Qsont alignés, la droite RP Q est invariante par l’homothétie Het ne passe pas par
B. C’est donc que Hest l’application identique, et on en déduit que le rapport de l’homothétie vaut 1.
Réciproquement, si le rapport vaut 1, l’homothétie Hest l’application identique, on a successivement
H1(P) = PH2(P) = PH3(P) = H(P) = P .
J 3
Si l’on appelle a,b,cles rapports d’homothétie, on a donc
QP =b
QP et
RP =c
RP .
Donc
QR +
RP =
QP =1
b(
QR +
RP ) = 1
b
QR +1
bc
RP ,
ce qui donne, puisque abc vaut 1,
1
b1
QR = (1 a)
RP .
Cela montre que P,Q,Rsont alignés, puisque aet bsont distincts de 1.
Théorème de Céva
Théorème Etant donné un triangle ABC, on prend trois points P,Q,Rsitués chacun sur un
des côtés du triangle.
Les droites AP ,BQ,CR sont concourantes si et seulement si on a l’égalité
P C
P B
·QA
QC
·RB
RA =1.
B P C P
A
R
Q
O
Soit Ple point d’intersection de RQ avec BC. Si les droites AP ,BQ,CR sont concourantes en O, la
polaire de Ppar rapport à AB et AC est la droite AP , donc (P P , CB)est une division harmonique
(voir G) et
P C
P B =PC
PB.
J 4
D’autre part, les points P,Ret Qétant alignés, on a, d’après le théorème de Ménélaüs,
PC
PB
·QA
QC
·RB
RA = 1 .
Alors en combinant les deux relations on obtient
P C
P B
·QA
QC
·RB
RA =1.
Réciproquement, si la relation
P C
P B
·QA
QC
·RB
RA =1
a lieu, soit Ple conjugué de Ppar rapport à Bet C. On en déduit comme ci-dessus
PC
PB
·QA
QC
·RB
RA = 1 ,
ce qui prouve que P,Qet Rsont alignés. Comme AP est la polaire de Ppar rapport à AB et
AC, elle passe par le point d’intersection Ode RC et QB. Donc les trois droites AP ,BQ,CR sont
concourantes en O.
Cercle des neuf points d’Euler
Théorème Etant donné un triangle ABC, il existe un cercle passant par les neuf points suivants :
les milieux A,B,Cdes côtés
les pieds H,H,H′′ des hauteurs
les milieux a,b,cdes segments joignant l’orthocentre ωdu triangle aux sommets A,B,C
1) Soit K,K,K′′ les symétriques de ωpar rapport aux côtés. Ces points se trouvent sur le cercle de
centre O, circonscrit au triangle ABC.
En effet, le quadrilatère H′′BHω ayant deux angles droits est inscriptible, donc
\
ABC =
\
H′′ωH =
\
CωH .
Mais, par symétrie \
CωH =
\
CKH .
Donc les angles
\
ABC et
\
AKC sont égaux, ce qui prouve que ABCK est inscriptible.
2) L’homothétie de centre ωet de rapport 1/2transforme le cercle circonscrit (O, R)en un cercle
(O, R/2), où Oest le milieu de Oω.
Les images de A, B, C, K, K, K′′ sont respectivement a, b, c, H, H, H′′. Ces six points sont donc sur le
cercle (O, R/2).
J 5
A
B C
A
BC
H
H
H′′
a
bc
K
K
K′′
O
O
ω
G
3) Les droites AA,BB,CCse coupent en G, centre de gravité du triangle. L’homothétie de centre
Get de rapport 1/2transforme (O, R)en un cercle (I, R/2), avec
IG =1
2
OG .
Les points A, B, C se transforment en A, B, Csitués sur le cercle (I, R/2). De plus l’orthocentre O
du triangle ABCest l’image de l’orthocentre ωde ABC. On a donc la relation
GO =1
2
Gω .
Mais
OI =
OG +
GI =
OG +1
2
OG =3
2
OG
et
OG =1
2
=1
2
GO +
.
1 / 6 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !