Le triangle qui possède deux bissectrices de même longueur est isocèle.

Documents pareils
CONJUGUÉ D'UN POINT PAR RAPPORT À UN TRIANGLE

1S Modèles de rédaction Enoncés

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

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 =

Quelques contrôle de Première S

Activités numériques [13 Points]

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

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

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

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

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

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Exercices de géométrie

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

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

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

Représentation géométrique d un nombre complexe

Deux disques dans un carré

3 ème 2 DÉVELOPPEMENT FACTORISATIONS ET IDENTITÉS REMARQUABLES 1/5 1 - Développements

5 ème Chapitre 4 Triangles

Angles orientés et trigonométrie

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

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

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.

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Image d un intervalle par une fonction continue

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

Devoir 2 avec une figure en annexe, à renvoyer complétée. Corrigés d exercices sections 3 à 6. Liste des exos recommandés :

1 Définition et premières propriétés des congruences

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Chapitre 14. La diagonale du carré

Construction d un cercle tangent à deux cercles donnés.

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

Problème 1 : applications du plan affine

F1C1/ Analyse. El Hadji Malick DIA

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Étude des formes de pratiques de la gymnastique sportive enseignées en EPS à l école primaire

Probabilités sur un univers fini

Priorités de calcul :

Continuité et dérivabilité d une fonction

Nombre dérivé et tangente

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Séquence 10. Géométrie dans l espace. Sommaire

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Chapitre 2 : Vecteurs

Souad EL Bernoussi. Groupe d Analyse Numérique et Optimisation Rabat http ://

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

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

Fonctions de plusieurs variables

Trois personnes mangent dans un restaurant. Le serveur

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Les intermédiaires privés dans les finances royales espagnoles sous Philippe V et Ferdinand VI

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

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

1 Première section: La construction générale

O, i, ) ln x. (ln x)2

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

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

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

La fonction exponentielle

Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

Complément d information concernant la fiche de concordance

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

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Géométrie dans l espace

Limites finies en un point

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

BACCALAUREAT GENERAL MATHÉMATIQUES

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Limitations of the Playstation 3 for High Performance Cluster Computing

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

I. Polynômes de Tchebychev

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

6. Les différents types de démonstrations

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

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

Eté LIVRET de RÉVISIONS en MATHÉMATIQUES

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Mesure d angles et trigonométrie

Algèbre binaire et Circuits logiques ( )

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

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

Les Angles. I) Angles complémentaires, angles supplémentaires. 1) Angles complémentaires. 2 Angles supplémentaires. a) Définition.

Calculs de probabilités

I. Ensemble de définition d'une fonction

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Livret de liaison Seconde - Première S

Exercice numéro 1 - L'escalier

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

EXAMEN : CAP ADAL SESSION 2011 N du sujet : SPECIALITE : CEB - GEPER SUJET SECTEUR : FOLIO : 1/6 EPREUVE : EG2 (MATH-SCIENCES)

Fonctions homographiques

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Transcription:

Le triangle qui possède deux bissectrices de même longueur est isocèle. Exercice préliminaire 1 : Dans un triangle triangle ABC, la bissectrice intérieure de l angle  recoupe le côté [BC] en D et le cercle circonscrit en I. On a AB AC = AD 2 + DB DC. Les triangles (ADC), (BDI) et ABI sont semblables (angles inscrits égaux a ). On a donc DC DI = DA DB AB et AD = AI AC d où en utilisant d abord la dernière égalité puis ensuite la première, comme D [AI] : AB AC = AD AI = AD(AD+DI) = AD 2 + DB DC a On peut remarquer que C et I par exemple sont toujours sur le même arc d extrémités A et B La bissectrice intérieure de l angle  recoupe, dans le triangle ABC, le côté opposé en D. Exprimer D comme barycentre des points B et C (on posera a = BC, b = CA et c = AB). 1 Ce résultat constitue le théorème de Louis Bertrand (1731-1812). Dans les exercices de géométrie de F-G.M (la 4ème édition, Tours, Mame, 1907), il est dit que Louis Bertrand, élève et ami d Euler, prolongeant l étude des bandes infinies d Arnauld (1667), établit ce résultat. Louis Bertrand était en effet un disciple d Euler, avec lequel il étudia plusieurs années à Berlin. Il devint professeur de mathématiques à l Académie de Genève. Le lecteur qui trouverait le nom de l auteur du livre sibyllin devra se rappeler que lorsqu un Frère des Ecoles Chrétiennes écrivait un livre, son nom n était pas mentionné, mais qu on indiquait les initiales du Supérieur général en fonction. Par chance les dernières éditions ont été publiées à la fin des années 1910 sous les initiales du véritable auteur devenu Supérieur, F-G.M ( Frère Gabriel-Marie alias Edmond Brunhes). Nous avons reproduit pour cet exercice une démonstration extraite du théorème XXXIV du cours de géométrie élémentaire de Combette (1882). Elle est un peu différente de celle de Bertrand qui reposait sur le résultat préliminaire suivant : Si (ABC) et (AML) sont deux triangles inscrits dans un même cercle, et ont deux côtés parallèles alors (N désignant l intersection de [AL] avec [BC]) AB.AC = AM.AN. Si la parallèle est la tangente en I au cercle circonscrit à (ABC), (AI) est bissecrice intérieure et l on obtient à la limite AB.AC = AI.AD. Il ne reste plus qu à utiliser la puissance du point D par rapport au cercle pour conclure. 1

Puisque la bissectrice (AD) n a pas la même direction que le côté (AB), la parallèle à la droite (AD) passant par C coupe (AB) en E. Les angles BAD et ÂEC, ainsi que DAC et ÂCE sont deux à deux égaux (correspondants et alternes internes). Le triangle ACE est donc isocèle en A. On a donc DB DC = AB AE = c b. Le point D est barycentre du système (B;b) (C;c). Une démonstration par les aires évite toute construction. Les triangles (BAD et (DAC) on un angle égal, donc le rapport de leurs aires est ABAD. Comme par ailleurs ils ont même hauteur ce rapport est égal à ADAC celui des base BD (même chose pour la bissectrice extérieure). BC Calculer en fonction de a = BC, b = CA et c = AB, la longueur de la bissectrice intérieure de l angle  dans le triangle ABC. 2

D après ce qui précède B est barycentre a, du système (D; b c) (C;c). On a donc (b + c) BD + c BC = 0 donc DB = Le théorème de Bertrand permet de conclure b : ac c + b et DC = ab c + b. AD 2 = bc a2 bc (b + c) 2. Variante : On peut commencer par démontrer la relation de Stewart c. Si (A,B,C) est un triplet de points alignés alors pour tout point M du plan on a : BC. MA +CA. MB + AB. MC = 0 et appliquer cette formule, avec le triplet (B,I,C) et le point M pris en A. a Pour retrouver ce résultat on peut bien sûr écrire les égalités vectorielles et utiliser la relation de Chasles. Mais le plus rapide et le plus clair est de faire appel à la notion d équilibre. Pour une définition de la notion d équilibre voir Equilibres et barycentres associés, équilibres complexes, équilibres des l espace, Sinègre, Hamel, Le Hir, Lachaux, Irem de Rouen (R.69) 1989, ou plus récemment, La beauté du calcul barycentrique vu par les équilibres, Le Hir Gildas, bulletin de l APMEP, n.424. p. 655-663, (APMEP) Paris, 1999. b On pourra en exercice, retrouver directement ce résultat à partir de l égalité vectorielle : AD = 1 ( b AB + c ) AC. b + c c On trouve dans le Cours de Géométrie Plane, première partie de M. Vasnier, 3ème édition, Paris, 1931, des applications de la relation de Stewart au calcul des "longueurs" de médianes ou d autres segments. Ce cours de géométrie de M. Vasnier (ed. 1912, C13D) est disponible en http ://www.arts-et-metiers.asso.fr/index.php. Un triangle qui a deux bissectrices isométriques est isocèle. Dans le triangle (ABC) la bissectrice de l angle en A (respectivement B) coupe le côté opposé en D A et en D B. D après l exercice précédent (en faisant tourner les lettres...) ( a AD 2 A BD 2 2 ) bc B = (bc ac) (b + c) 2 ab2 c (a + c) 2 ou AD A 2 BD B 2 = c Soit f la fonction définie sur R + ( ( )) a (b a) abc (b + c) 2 b (a + c) 2. f : R + R x x (b+c) 2 b. (x+c) 2 3

Un calcul : Le dénominateur = (b+c) 2 (a+c) 2 de f (a) est strictement positif. Quant au numérateur, il vaut a 3 + 2a 2 c + ac 2 b 3 2b 2 c bc 2 = (a b) ( a 2 + 2ac + ba + b 2 + 2bc + c 2) = (a b)n avec N un réel strictement positif. On a donc AD A 2 BD B 2 = (b a)c quantité qui est nulle si et seulement si b = a. un peu d Analyse : Comme la dérivée de f vaut f (x) = [ 1 + abn ] 1 (b + c) 2 + 2 b (x + c) 3 f est strictement croissante sur [0,+ [, et comme elle s annule en b, on peut former le tableau de signe des deux termes qui forment AD A 2 BD B 2 a 0 b + (b a) b + 0 abc f (a) 0 + 0 Ceci prouve que AD A = BD B a = b autrement dit, les longueurs des bissectrices sont égales, si et seulement si le triangle est isocèle. Une autre solution. Le point de départ est une idée de Thierry Hamel. Si l on montre que la longueur de l une des bissectrices est une fonction (continue) strictement croissante, on pourra conclure grâce à un célèbre théorème d Analyse de Terminale. Mais au pied du mur, on s aperçoit que démontrer la monotonie de la longueur de la bissectrice n est pas chose facile. On peut réussir en employant l Analyse tout de suite... Mise en oeuvre On prend une droite d fixé, contenant I et un point A donné. Le segment [AI] sera la première bissectrice (fixe) du triangle. A tout point B de la droite d correspond donc un point a C de la même droite telle que [AI] soit la bissectrice de  dans le triangle (ABC). On note J le pied de la bissectrice de B dans le même triangle. Le problème est donc le suivant : montrer que lorsque ÎAB varie la fonction BJ est monotone. a On construit C à l intersection de l image de (AB) dans la réflexion par rapport à (AI). 4

Démonstration. On a construit deux configurations, correspondants aux points B 1 et B 2. On va supposer que B 1 est fixé, alors que B 2 varie. La parallèle à la bissectrice (B 2 J 2 ) menée par B 1 coupe (AC 1 ) en H 1. La droite (B 2 J 2 ) coupe, quant à elle, (AC 1 ) en H 2, et (B 1 J 1 ) coupe (AC 2 ) en K 1. Pour finir, notons θ = B 1 AI et θ + h = B 2 AI. Lorsque h tend vers 0, le point H 1 tend vers J 1. Le rapport k de la similitude de centre B qui envoie H 1 sur J 1 tend donc continuement vers 1. Si l on suppose que h > 0, le point B 1 appartient au segment [B 2 I] et dans la configuration de Thalès (C 1 B 1 H 1 B 2 H 2 ) on a facilement B 1 H 1 < B 2 H 2. Toujours puisque h est positif, le point H 2 appartient lui au segment [B 2 J 2 ]. En regroupant les trois item précédents, B 1 J 1 = kb 1 H 1 < kb 2 H 2 = (k 1)B 2 H 2 + B 2 H 2. Comme la quantité B 2 H 2 est bornée, et k 1 tend vers 0, le terme (k 1)B 2 H 2 tend vers 0. Dans le même temps, la fonction H 2 J 2 elle tend vers H 1 K 1 > 0. Il existe donc un voisinage de 0 pour h tel que (k 1)B 2 H 2 < H 2 J 2 et en revenant à l inégalité précédente B 1 J 1 < (k 1)B 2 H 2 +B 2 H 2 H 2 J 2 +B 2 H 2 = B 2 J 2. La fonction BJ est donc strictement croissante. Conclusion. Comme θ BJ est strictement croissante et continue, elle réalise une bijection de [0, π 2 ] dans [0,+ [, et il existe donc une unique configuration qui réalise l égalité des bissectrices AI et BJ. Cette configuration correspond bien sûr au cas (donc unique) où le triangle est isocèle en C. 5