DOSSIER N 22. Exemples d étude de configurations faisant l objet de constructions

Documents pareils
La médiatrice d un segment

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Deux disques dans un carré

Tâche complexe produite par l académie de Clermont-Ferrand. Mai 2012 LE TIR A L ARC. (d après une idée du collège des Portes du Midi de Maurs)

Si deux droites sont parallèles à une même troisième. alors les deux droites sont parallèles entre elles. alors

Fonctions de plusieurs variables

Trois personnes mangent dans un restaurant. Le serveur

Construction d un cercle tangent à deux cercles donnés.

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Représentation géométrique d un nombre complexe

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Ch.G3 : Distances et tangentes

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

1S Modèles de rédaction Enoncés

COURS EULER: PROGRAMME DE LA PREMIÈRE ANNÉE

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Le théorème de Thalès et sa réciproque

EXERCICES DE REVISIONS MATHEMATIQUES CM2

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Mesure d angles et trigonométrie

Les algorithmes de base du graphisme

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Cercle trigonométrique et mesures d angles

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Durée de L épreuve : 2 heures. Barème : Exercice n 4 : 1 ) 1 point 2 ) 2 points 3 ) 1 point

Angles orientés et trigonométrie

Construction de la bissectrice d un angle

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Triangles isométriques Triangles semblables

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

Continuité et dérivabilité d une fonction

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

«Aucune investigation humaine ne peut être qualifiée de science véritable si elle ne peut être démontrée mathématiquement.

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Séquence 2. Repérage dans le plan Équations de droites. Sommaire

Paris et New-York sont-ils les sommets d'un carré?

Diviser un nombre décimal par 10 ; 100 ; 1 000

PRATIQUE DU COMPAS ou

SOCLE COMMUN - La Compétence 3 Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

Exercices de géométrie

MAT2027 Activités sur Geogebra

Exercice numéro 1 - L'escalier

Fonctions homographiques

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Sommaire de la séquence 10

5 ème Chapitre 4 Triangles

Cabri et le programme de géométrie au secondaire au Québec

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Le contexte. Le questionnement du P.E.R. :

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

INTRODUCTION À L ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Repérage de l artillerie par le son.

Chapitre. Conquérant est une toile de 1930 qui se trouve au Centre Paul Klee à Berne (Suisse). Paul Klee (1879-

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Document d aide au suivi scolaire

BES WEBDEVELOPER ACTIVITÉ RÔLE

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Le seul ami de Batman

Image d un intervalle par une fonction continue

Petit lexique de calcul à l usage des élèves de sixième et de cinquième par M. PARCABE, professeur au collège Alain FOURNIER de BORDEAUX, mars 2007

Cours Fonctions de deux variables

6 ème. Rallye mathématique de la Sarthe 2013/ ère épreuve de qualification : Problèmes Jeudi 21 novembre 2013

NOM : Prénom : Date de naissance : Ecole : CM2 Palier 2

Activités numériques [13 Points]

SÉQUENCE 4 Séance 1. Séquence. Je revise les acquis de l école 1) c) 2) a) 3) d) 4) c) Exercice 1

3 Approximation de solutions d équations

SINE QUA NON. Découverte et Prise en main du logiciel Utilisation de bases

Exo7. Matrice d une application linéaire. Corrections d Arnaud Bodin.

Indications pour une progression au CM1 et au CM2

Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

Comparer des surfaces suivant leur aire en utilisant leurs propriétés géométriques Découverte et manipulation

Problèmes de dénombrement.

Démontrer qu'un point est le milieu d'un segment

4G2. Triangles et parallèles

Introduction à. Version 4.4. Traduction et adaptation française.

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Initiation à l algorithmique

Sommaire de la séquence 10

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Aide GeoGebra. Manuel Officiel 3.2. Markus Hohenwarter et Judith Hohenwarter

I Stabilité, Commandabilité et Observabilité Introduction Un exemple emprunté à la robotique Le plan Problème...

Lecture graphique. Table des matières

Introduction au maillage pour le calcul scientifique

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Chapitre 2 : Vecteurs

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Développements limités. Notion de développement limité

CORRIGE LES NOMBRES DECIMAUX RELATIFS. «Réfléchir avant d agir!»

Spécialité auxiliaire en prothèse dentaire du brevet d études professionnelles. ANNEXE IIb DEFINITION DES EPREUVES

Constructions au compas seul, complément

Eté LIVRET de RÉVISIONS en MATHÉMATIQUES

Transcription:

DOSSIER N 22 Question : Présenter un choix d exercices sur le thème suivant : Exemples d étude de configurations faisant l objet de constructions géométriques à la règle et au compas. Consignes de l épreuve : Pendant votre préparation (deux heures), vous devez rédiger sur les fiches mises à votre disposition, un résumé des commentaires que vous développerez dans votre exposé et les énoncés de vos exercices. La qualité de ces fiches interviendra dans l appréciation de votre épreuve. Le terme exercice est à prendre au sens large ; il peut s agir d applications directes du cours, d exemples ou contre-exemples venant éclairer une méthode, de situations plus globales ou plus complexes utilisant éventuellement des notions prises dans d autres disciplines. Vous expliquerez dans votre exposé (25 minutes maximum) la façon dont vous avez compris le sujet et les objectifs recherchés dans les exercices présentés : acquisition de connaissances, de méthodes, de techniques, évaluation. Vous analyserez la pertinence des différents outils mis en jeu. Cet exposé est suivi d un entretien (20 minutes minimum). nnexes : Vous trouverez page suivante, en annexe, quelques références aux programmes ainsi qu une documentation conseillée. Ces indications ne sont ni exhaustives, ni impératives ; en particulier, les références au programme ne constituent pas le plan de l exposé. 1

2 NNEXE DU DOSSIER N 22 Références aux programmes : Extraits de programmes de collèges et lycée : Collège : la représentation géométrique d objets usuels du plan et de l espace (...) demeurent un des objectifs majeurs ; s y ajoute la caractérisation de certains d entre eux. Première S : Toutes les transformations connues seront utilisées dans l étude des configurations, (...) et dans la recherche de problèmes de construction, en particulier au travers des logiciels de géométrie. Première L (Option Math) : Constructions et tracés (à la règle et au compas). Construction des polygones réguliers à n cotés (pour n = 3, 4, 6, 8, 12). Problèmes de constructions. Documentation conseillée : On s appuiera sur les transformations étudiées jusqu en seconde, y compris les agrandissements et réductions ; on rappellera avec précision les propriétés utilisées. On utilisera les propriétés des angles géométriques (y compris le théorème de l angle inscrit). On traitera des exemples tels que cercle de rayon donné passant par un point donné et tangent à une droite donnée (ou tangent à deux droites) ; cercle tangent à trois droites données ; triangle équilatéral inscrit (resp. circonscrit dans un triangle donné ; construction de figure semblables à une figure donnée ; carré inscrit dans un demi-disque, dans un triangle ; tangente commune à deux cercles. Dans tous ce paragraphe, on articulera avec soins tracés effectifs et justifications. On utilisera en particuliers les logiciels de géométrie : ceux-ci dispensent des problèmes de tracés et leur utilisation nécessite l explicitation a priori des propriétés traduisant l énoncé. Cette utilisation s intègre donc tout à fait dans la démarche de démonstration souhaitée ici. On pourra expliciter la méthode qui consiste à abandonner dans un premier temps une des contraintes du problème. Manuels de Collège et Lycée, manuel de pratique destinés aux enseignants. nnales du brevet, de baccalauréats.

3 Il ne s agit en aucun cas d une correction, mais seulement de mon point de vue sur le sujet. Le problèmes de construction à la règle et au compas sont des problèmes anciens qui ont susciter, jusqu au 19ème siècle, de nombreuses recherches et développements. C est ainsi qu ils sont à l origine de l invention de courbes autres qu arcs de cercles ou portions de droites : la cissoïde de Diocles a été conçue pour répondre au problème de duplication du cube (voir aussi la trissectrice de MacLaurin). Et ce n est qu avec le développement de la théorie des extensions de corps due à E. Galois que ces problèmes ont trouvé un cadre algébrique adapté permettant de caractériser les constructions possibles ou impossibles. Il s agit dans ce dossier de donner un aperçu de la richesse de ces problèmes, ce qui conduit immanquablement à un travail formateur sur le raisonnement. Ces exercices de construction joueront aussi un role important dans la bonne appréhensions, à travers leurs constructions, des objets géométriques et des transformations rencontrés tout au long du cursus scolaire. La connaissance d une méthode de construction d une configuration ou de l image d un point par une transformation donne en effet des informations précieuses. Elle fait quelquefois partie des exigibles et donne une idée significative du niveau de compréhension, par l élève, de la notion étudiée. L étude de ces problèmes de construction a donc, au fil de la scolarité trois intérêts majeurs : familiariser les élèves avec les objets géométriques élémentaires ; proposer des activités à même de les initier au raisonnement ; les initier, par la suite, au caractère épistémologique de ces activités. Nous allons dans un premier temps nous intéresser à la nature des activités que nous allons mener. Nous verrons ensuite, à travers la description de la méthode par analyse et synthèse, la relation qu il y a entre études de configurations et problèmes de construction. I. Constructions à la règle et au compas. Un problème de construction demande d élaborer un algorithme de construction d une configuration finale F vérifiant un ensemble de contraintes, à partir d une configuration initiale I vérifiant des propriétés données. Ces constructions doivent respecter un certains nombre de règles fixées au préalable. Dans notre cas, il s agit de construire les nouveaux points par intersections de droites ou de cercles constructibles à partir des points déjà construits. Résoudre ce problème de construction revient donc à construire successivement les points de F \ I, quitte à passer par la construction de points auxiliaires. On passe ainsi par une succession de configurations C 0,..., C n telles que : C 0 = I et F C n. Respecter les règles de construction signifie alors que chaque point de C i \ C i 1 est obtenu d une des façons suivantes : c est un point d intersection de deux droites passant chacune par deux points distincts de C i 1 ;

4 c est un point d intersection d une droite passant par deux points distincts de C i 1 et d un cercle centré en un point et passant par un point de C i 1 ; c est un point d intersection de deux cercles centrés et passant par des points de C i 1. Répondre à un problème de construction, c est donc élaborer un algorithme. La longueur de cette algorithme donnera une bonne évaluation de la difficulté de notre problème (tracer le milieu d un segment est de longueur 2). Pour diminuer le nombre de pas de nos algorithmes, on pourra s appuyer sur des constructions exigibles (des macros) comme le tracé du milieu d un segment, de l image d un point par une transformation... On pourra aussi mettre en pratique ce coté algorithmique dans l implémentation de ces programmes de construction à l aide de logiciels de géométrie dynamique. II. Constructions et études de configurations. Comme nous l avons vu précédemment, nous devons élaborer un algorithme de construction. Pour ce faire, la stratégie le plus communément adoptée est celle de l nalyse et Synthèse. Il s agit d un raisonnement par conditions nécessaires, puis suffisantes. utrement dit, on procède à une double implication. nalyse : elle consiste à faire l étude de la configuration que l on cherche à obtenir. Quand cette étude aboutit, les points de F \ I sont caractérisés par des propriétés d incidence de cercles et de droites constructibles. On obtient ainsi, par condition nécessaire, des caractérisations des points de F : si on peut construire F, alors ses points vérifient ces propriétés caractéristiques. Il se dégage de cette analyse un algorithme de construction. Synthèse : Il s agit de la réciproque de l analyse. On vérifie que l algorithme de construction aboutit bien, sans bug, à la configuration que l on désire obtenir. Pour cela, il faut vérifier que les points successivement construits sont bien définis. On obtient alors une configuration construite (ie : issue de l algorithme de construction) et on montre qu elle possède toutes les propriétés d une configuration finale. De ce fait, la résolution d un problème de construction conduit, le plus souvent, à deux études de configurations : la configuration finale et la configuration construite. On peut noter qu il est fréquent de transformer un exercice d étude de configuration (quand il est assez rigide) en exercice de construction. Inversement, on peut simplifier un exercice de construction en le transformant en exercice d étude de configuration, quitte à donner oralement l algorithme de construction. Les problèmes de construction étant intimement liés à des études de configurations, il n est pas étonnant de voir tous les outils d étude de configuration y intervenir : transformations, barycentres, aires, cas d égalité ou de similitude... vec la certitude de l impossible exhaustivité pour un thème aussi riche, j ai essayé d en donner ci-dessous un aperçu représentatif en essayant aussi de mettre en avant le coté épistémologique du thème.

5 EXERCICES : Exercice 1 : la règle ou au compas. elin 2de (00), n 85 et 89 page 284. 1-) On se donne une droite, un point et son symétrique par rapport à. Soit un point. Comment tracer, à la règle seule, le symétrique de par rapport à? 2-) Comment tracer au compas seul le symétrique d un point par rapport à une droite? Exercice 2 : Utilisation d une rotation. réal 1ère S, n 90 page 312. Soit P un point. On se propose de construire un triangle C, isocèle et rectangle en et tel que P = 2P et P C = 3P. Remarquons que si il y a une solution, elle n est pas unique puisque son image par toute homothétie ou rotation de centre P est une autre solution. 1-) Pour résoudre notre problème, on suppose la figure réalisée et on utilise la rotation de centre qui envoie C sur. Cette rotation envoie P sur un point noté P. Montrer que P = 3P. 2-) Justifier le programme de construction suivant : on se fixe une longueur a ; on trace les cercles C et C de centre P et de rayons respectifs a et 2a ; on choisit un point sur C ; on trace l image P de P par une rotation de centre et d angle + / π 2 ; on trace le cercle C de centre P et de rayon 3a ; le cercle C coupe C en deux points ; on nomme un de ces deux points ; on trace C image de par la rotation de centre qui envoie P sur P. P C

6 Exercice 3 : Quadrature du rectangle. Delagrave 2de (00), n 38 page 300. 1-) Soit C un triangle rectangle en, H le pied de sa hauteur issue de. Pourquoi les triangles H et CH sont-ils semblables? En déduire que H 2 = H CH. 2-) Expliquer en quoi la figure ci-contre propose une solution du problème de quadrature d un rectangle. D E C Exercice 4 : Quadrature du rectangle - bis. Soit CD un rectangle. On se propose de construire un carré de même aire. 1-) Soit CD un rectangle tel que = a F et C = b. On considère E, F et G tels que EF G soit un carré de même aire et tel que E soit un triangle rectangle en. Soit G F et G les points d intersection respectifs de F (F G) avec (C) et (D) et K le point de la demi-droite [, ) tel que K = C = b. a) Justifier le fait que le parallélogramme EF G a même aire que CD. b) En déduire que EF = C = K. G E c) Montrer que les triangles EF F et EK sont isométriques. d) En déduire que E appartient au cercle de diamètre [, K]. 2-) Justifier le programme de construction suivant : on trace le point K de la demi-droite [, ) tel que K = b ; on trace le demi-cercle de diamètre [, K] D C K contenu dans le demi-plan bordé par () et ne contenant pas C ; on note E le point d intersection de ce demi-cercle avec la droite (C) ; on trace le carré EF G contenu dans le demi-plan bordé par (E) et ne contenant pas K. Exercice 5 : Publicitaire ou statue de la liberté. Terracher 1ère S (01), n 110 page 136. On se donne une droite, un point n appartenant pas à et une point appartenant au demi-plan ouvert bordé par et contenant. Comment construire un cercle passant par et et tangent à la droite?