Objectif Olympiades de Mathématiques: Tome 6: Géométrie I 1st Edition Mohammed Aassila Full Chapter Download PDF
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OBJECTIF OLYMPIADES
DE MATHÉMATIQUES
TOME 6 : GÉOMÉTRIE I
Mohammed AASSILA
Objectif Olympiades de Mathématiques
Livres publiés :
« Objectif Olympiades de Mathématiques » est une série de livres ayant pour but de mettre
entre les mains des élèves des ouvrages où tous les résultats, méthodes et techniques, qu’il est
impératif de connaître sont exposés de manière claire et précise, commentés et mis en relief
par de très nombreux exemples et exercices corrigés en détail. Le contenu de chaque livre est
conçu pour être compréhensible par un élève courageux du collège ou lycée, tous les concepts
sont abordés de façon très progressive, et toutes les notions enseignées au delà du lycée sont
introduites avant d’être utilisées.
Chaque chapitre contient une présentation complète des principaux résultats, méthodes et
techniques, à connaître, commentés et mis en relief par des exemples, des prolongements, et
des mises en garde. De très nombreux exercices, corrigés en détail, et dont l’objectif est de :
- assimiler et mettre en pratique les notions vues en début de chapitre ;
- amener le lecteur à la compréhension et à la bonne maîtrise des notions étudiées ;
- mettre l’élève en situation de compétition mathématique nationale ou internationale.
Ce livre est le sixième volume de la série Objectif Olympiades de Mathématiques. Il est entière-
ment consacré à la géométrie. Il comporte plus de 675 exemples et exercices, dont la solution
est rédigée avec le soin et le souci d’exposer les idées et les démarches de raisonnement. En-
richies de nombreuses remarques et généralisations, les solutions sont à la fois précises et
éducatives.
Merci d’avance à ceux qui voudront bien me faire part de leurs remarques, suggestions, cri-
tiques, ou autres solutions plus élégantes que celles proposées. J’accueillerai donc volontiers
les commentaires, corrections ou encouragements qui pourront m’être directement adressés à
l’adresse électronique : objectif.olympiades@gmail.com
1 Outils fondamentaux 3
1.1 Droites. Cercles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Triangles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Droites remarquables dans le triangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Triangles isométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Théorème des milieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7 Théorème de Thalès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.8 Triangles semblables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.9 Théorème de Pythagore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.10 Quadrilatères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.11 Aires. Périmètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.12 Symétrie. Transformations géométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.13 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1
2 TABLE DES MATIÈRES
4 Trigonométrie 125
4.1 Définitions. Relations trigonométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.2 Calculs avec les expressions trigonométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.3 Extremums et trigonométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4 Loi des sinus. Théorèmes de Céva et de Ménélaüs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.5 Problèmes de géométrie plane et trigonométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.6 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Cercles 265
6.1 Propriétés fondamentales des cercles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
6.1.1 Exercices d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
6.2 Droites et cercles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
6.2.1 Exercices d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
6.3 Droite de Simson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
6.4 Quadrilatères inscriptibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.4.1 Exercices d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
6.5 Puissance d’un point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
6.5.1 Exercices d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
6.5.2 Shooting lemma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
6.6 Cercles tangents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
6.6.1 Exercices d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
6.7 Droite tangente à un cercle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
6.7.1 Exercices d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
6.8 Cercle inscrit et droites perpendiculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
6.9 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
1
Outils fondamentaux
Dans ce chapitre, on présente la géométrie enseignée actuellement dans les collèges français.
Toutes ces notions, ainsi que beaucoup d’autres, seront étudiées plus en détail tout au long de ces
deux livres de géométrie.
Définition (Segment)
b
A
b
C
b
B C est le milieu du segment [AB].
B′
5
6 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
Définition (Droite)
1 Trois points A, B et C sont alignés lorsque l’on peut tracer une ligne droite passant
par ces trois points.
2 Si A et B sont deux points distincts, la droite (AB) est l’ensemble de tous les points
alignés avec A et B.
Deux droites sont sécantes si elles se coupent en un seul point, appelé point d’intersec-
tion.
Deux droites (d1 ) et (d2 ) sont perpendiculaires si elles sont sécantes en formant un angle
droit. On note (d1 )⊥(d2 ).
Deux droites (d1 ) et (d2 ) sont parallèles si elles ne sont pas sécantes. Elles n’ont aucun point
en commun, ou bien elles sont confondues. On note (d1 ) (d2 ).
Proposition
Si deux droites sont parallèles à une même droite, alors elles sont parallèles entre elles.
Si (d1 ) (d3 ) et (d2 ) (d3 ), alors (d1 ) (d2 ).
Proposition
1 Si deux droites sont perpendiculaires à une même droite, alors elles sont parallèles
entre elles. Si (d1 )⊥(d3 ) et (d2 )⊥(d3 ), alors (d1 ) (d2 ).
2 Si deux droites sont parallèles, et si une troisième droite est perpendiculaire à
l’une, alors elle est aussi perpendiculaire à l’autre.
Si (d1 ) (d2 ) et si (d3 )⊥(d1 ), alors (d3 )⊥(d2 ).
Définition (Médiatrice)
La médiatrice d’un segment [AB] est la droite qui est perpendiculaire à ce segment et qui
passe par son milieu.
1.2. ANGLES 7
Proposition
1.2 Angles
Définition (Demi-droite)
La portion de la droite (OA) délimitée par le point O et contenant A est appelée la demi-
droite d’origine O passant par A. Cette demi-droite est notée [OA).
Définition (Angle)
[
1 Deux demi-droites [OA) et [OB), de même origine O , forment un angle noté AOB
[.
ou BOA
2 L’origine commune des demi-droites est appelée le sommet de l’angle.
3 Les deux demi-droites [OA) et [OB) sont appelées les côtés de l’angle.
A
O
A B C
d + e = 360◦ . e
Soient deux droites (d1 ) et (d2 ) et une sécante (d) qui coupe (d1 ) et (d2 ) en deux points A et
B. Deux angles sont alternes-internes lorsque :
1 ils ont pour sommet A et B ;
8 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
(d1 )
(d)
(d2 )
Proposition
1 Si deux droites parallèles sont coupées par une sécante, alors les angles alternes-
internes qu’elles forment ont même mesure.
2 Si deux droites sont coupées par une sécante en formant des angles alternes-internes
de même mesure, alors ces deux droites sont parallèles.
C γ D
δ Les droites (AB) et (CD) sont pa-
rallèles si, et seulement si, α = δ et
α β = γ.
β
A B
Corollaire
1 Si deux droites sont parallèles et si une droite est perpendiculaire à l’une d’elles, alors elle
est perpendiculaire à l’autre.
2 Si deux droites sont perpendiculaires à une même droite, alors elles sont parallèles entre
elles.
1.3 Triangles
Définition (Triangle)
1 Un polygone est une figure fermée dont les côtés sont des segments.
2 Un triangle est un polygone à trois côtés.
2 Un triangle équilatéral est un triangle dont les trois côtés ont la même longueur.
3 Un triangle rectangle est un triangle dont deux côtés sont perpendiculaires.
K
A E b
C
D
b
α β b
L M
B
F
⋄ ABC est un triangle isocèle en A. Le côté [BC] est appelé la base du triangle isocèle. On a :
[ = CBA.
AB = AC et ACB [
[ = EFD
⋄ DEF est un triangle équilatéral, on a : DE = EF = FD et FDE [ = DEF [ = 60°.
⋄ KLM est un triangle rectangle, on a : \ LKM = 90°. Le côté [LM] s’appelle l’hypoténuse. Le mot
« hypoténuse » vient du grec hypo (sous) et teinô (tendre) : c’est le côté qui « sous-tend » l’angle
droit.
Proposition (inégalité triangulaire)
1 Dans un triangle, la longueur de chaque côté est inférieure à la somme des lon-
gueurs des deux autres côtés.
2 Dans un triangle ABC non aplati, on a les inégalités :
Proposition
La somme des mesures des angles d’un triangle est égale à 180°.
La somme des mesures des angles d’un polygone à n côtés est égale à (n − 2) × 180°.
B C
Définition (Médiatrice)
La médiatrice d’un côté d’un triangle est la droite perpendiculaire à ce côté et passant
par son milieu.
Proposition
Les médiatrices des côtés d’un triangle se coupent en un même point O, c’est le centre du
cercle circonscrit à ce triangle.
O
B
Proposition
| • |
Définition (Médiane)
Une médiane d’un triangle est une droite qui passe par un sommet de ce triangle et par
le milieu du côté opposé à ce sommet.
Proposition
Les médianes d’un triangle se coupent en un même point G, c’est le centre de gravité du
triangle.
•
\ G
|| ||
B C
1.5. TRIANGLES ISOMÉTRIQUES 11
Définition (Hauteur)
Une hauteur d’un triangle est une droite qui passe par un sommet de ce triangle et qui
est perpendiculaire au côté opposé à ce sommet.
Proposition
Les hauteurs d’un triangle se coupent en un même point H, c’est l’orthocentre du triangle.
C
B′
H
A rs
A′
C′ B
Définition (Bissectrice)
La bissectrice d’un angle d’un triangle est la demi-droite qui partage cet angle en deux
angles de même mesure.
Proposition
Les bissectrices des angles d’un triangle se coupent en un même point I, c’est le centre du
cercle inscrit dans ce triangle.
•
I
A B
Définition
Deux triangles ABC et MN P sont isométriques si leurs côtés sont deux à deux de même
longueur :
AB = MN , AC = MP, et BC = N P.
12 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
P
C
N
B
M
A
b = M,
A b b= N
B b et b = P.
C b
☞ Si deux triangles ABC et MN P sont isométriques alors ils ont la même aire.
☞ Des triangles ayant des angles égaux ne sont pas forcément isométriques. De même, des
triangles ayant la même aire ne sont pas forcément isométriques.
☞ On dispose d’autres critères pour montrer que deux triangles sont isométriques sans mon-
trer les trois égalités des côtés.
Si deux triangles ABC et MN P ont un même angle compris entre deux côtés respective-
ment égaux, alors ils sont isométriques : BC = N P, AC = MP et b = P.
C b
P
C
N
B
M
A
Si deux triangles ABC et MN P ont un côté de même longueur compris entre deux angles
b= M
respectivement égaux, alors ils sont isométriques : AC = MP, A b et C b = P.
b
P
C
N
B
M
A
1.6. THÉORÈME DES MILIEUX 13
A D C
b b b
E F
b b
D E
b b
A B
b b
B C
b b
Soit ABCD un trapèze avec (AB) (CD). Si E et F sont les milieux respectifs de [AD] et
1
[BC], alors (EF) (AB) (CD) et EF = (AB + CD).
2
Exemple 1
1
CDM on obtient respectivement : DM = BE M
2 D
b
1 1 b
b
F C
b
Exemple 2
[ = CDA
Soit ABCD un quadrilatère convexe tel que ABC [ = 90°, et BCD
[ > BAD
[.
Montrer que AC > BD .
A
b
D
b
B b
b
F
C b
E
b
Exemple 3
[ = 2 ACB
Soit ABC un triangle tel que CBA [ . E est le milieu de [BC], et D ∈ [BC] est le pied
de la hauteur issue de A. Montrer que : AB = 2DE .
Soit F le milieu de [AC], alors d’après le théorème des milieux on sait que AB = 2EF. Il suffit
donc de montrer que DE = EF. Puisque ADC est un triangle rectangle en D, alors la médiane
(DF) coupe le côté [AC] en son milieu (triangle rectangle inscrit dans son cercle circonscrit),
donc DF = FC = AF, par suite CDF [ = ACB. [ Comme (EF) (AB), CEF [ = CBA[ = 2ACB,[ d’où
[ [ [ [ [
CEF = CEF − CDF = ACB = CDF, par conséquent DE = EF.
Exemple 4
Soient ABC un triangle et D ∈ [AC] tel que AB = CD . On désigne par E et F les milieux
respectifs de [AD] et [BC]. On note M le point d’intersection de (AB) avec (EF).
Montrer que : AM = AE .
1 1
AB = CD = PF
Si P est le milieu de [BD] alors, d’après le théorème des milieux, on a : PE =
2 2
\=
et (PE) (BM), (AC) (PF). Par suite AME PEF = \ ce qui donne AM = AE.
PFE = AEM,
Exemple 5
On montre, tout d’abord, que MBN D est un parallélogramme, puis ensuite que ABCD est
aussi un parallélogramme. Puisque AE = BE, BF = FC, et AM = MN = N C, alors (EM) (BN ) et
(FN ) (BM). Ainsi MBN D est un parallélogramme. D’où : BM = N D et AMB \ = FN \ \
M = CN D.
[ \
Les triangles AMB et CN D sont alors isométriques (critère CAC), ainsi AB = CD et BAC = DCN .
Par suite AB = CD, et ABCD est un parallélogramme.
A D
b b
M
b
E
b
N
b
B F C
b b b
1.6. THÉORÈME DES MILIEUX 15
Exemple 6
B
A b b
1 3
3 = EF = (CD + AB) = AB par conséquent AB = 4.
2 4
Dans un quadrilatère donné ABCD , O est un point à l’intérieur de ABCD tel que
[ = COD
AOB \ = 120°, AO = OB, CO = OD . On désigne par K, L, M les milieux respectifs
de [AB], [BC] et [CD]. Montrer que le triangle KLM est équilatéral.
Il suffit de montrer que KL = ML et \ KLM = 60°. Soient N et P les milieux respectifs de [OB]
et [OC]. Alors par le théorème des milieux on a :
1 1 1 1
KN = OA = OB = PL, NL = OC = OD = PM.
2 2 2 2
Puisque (N K) (OA), (N L) (OC), (PL) (OB), (PM) (OD) et
[ = 120° + BOC
[L = AOC
KN [ = BOD
[ = LPM,
[
alors les triangles KN L et LPM sont isométriques (critère CAC). Donc KL = LM. D’autre part :
\ [ +N
KLM = KLN [ [ = PML
LP + PLM [ + LPC \ = 180° − 120° = 60°,
[ = 180° − CPM
+ PLM
⋄ Supposons que BDP \ Désignons par E et F les milieux respectifs de [BD] et [CD].
[ = CDQ.
1 1 [=
D’après le théorème des milieux on sait que EP = BD = MF, ME = CD = FQ. Puisque BDP
2 2
\ implique que PBD
CDQ \ alors PED
[ = QCD, [ = 2PBD \ = DFQ
[ = 2DCQ [ car DEMF est un parallélo-
\ \ [ \
gramme, par conséquent DEM = DFM, d’où PEM = MFQ, ainsi les triangles PEM et MFQ sont
isométriques (critère CAC), et donc PM = QM.
⋄ Supposons que PM = QM, alors les triangles PEM et MFQ sont isométriques (critère CCC),
[ = MFQ,
d’où PEM \ DEM \ = MFD.
\ Par suite PED [ c’est-à-dire 2PBE
[ = DFQ, \ Donc :
= 2DCQ.
[ = 90° − PBD
BDP \ = CDQ.
[ = 90° − DCQ \
16 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
Théorème de Thalès
Si deux droites parallèles coupent deux droites sécantes, alors elles déterminent deux tri-
angles dont les côtés correspondants ont des longueurs proportionnelles.
D
C
N
AE AD ED
=⇒ = =
k k AB AC BC
A k
AM AN MN
= =
M AB AC BC
B E
AM AN
Dans un triangle ABC, si M ∈ [AB], N ∈ [AC], et si = , alors :
AB AC
AM AN MN
(BC) (MN ) et = = .
AB AC BC
D
C
N
AM AN
=
AB AC
A
B E
Deux triangles sont semblables lorsque leurs angles sont deux à deux de même mesure.
1.8. TRIANGLES SEMBLABLES 17
❏ Les triangles ABC et A′ B′ C ′ sont semblables car leurs angles sont deux à deux égaux :
[ = A\
ABC ′ B′ C ′ , [ = B\
BCA ′ C ′ A′ et [ = C\
CAB ′ A′ B′ .
B′
B
A
A′
❏ Pour montrer que deux triangles sont semblables, il suffit de montrer qu’ils ont deux paires
d’angles deux à deux de même mesure.
❏ Triangles semblables (configuration de Thalès : les droites (BC) et (B′ C ′ ) sont parallèles)
C′
C
B′
A = A′
Proposition
AB BC CA
= ′ ′ = ′ ′ = k.
A′ B′ BC CA
a Si k < 1, alors ABC est une réduction de A′ B′ C ′ de rapport k.
b Si k > 1, alors ABC est un agrandissement de A′ B′ C ′ de rapport k.
AB BC CA
2 Si ABC et A′ B′ C ′ sont deux triangles tels que ′ ′ = ′ ′ = ′ ′ , alors ils sont
AB BC CA
semblables.
Proposition
[ = B\ AC BC
Si ABC et A′ B′ C ′ sont deux triangles tels que ACB ′ C ′ A′ et = , alors ils sont
A′ C ′ B′ C ′
semblables.
18 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
C′
B′
B
A′
1.9 Théorème de Pythagore
Théorème de Pythagore (−580 - −495)
a
a
B
a c
a
c c
c
C b A
b b
Exemple 9
Soient ABC
√ un triangle rectangle en C , et D le milieu de [AB]. On suppose que AB + BC +
CA = (2 + 6)cm et CD = 1cm, déterminer l’aire du triangle ABC .
Puisque ABC est un triangle rectangle en C, alors on sait que√ AD = BD = CD = 1, d’où AB = 2cm.
Posons AC = b et BC = a, alors : a2 + b 2 = 22 = 4 et a + b = 6. Par suite 6 = (a + b)2 = a2 + b 2 + 2ab,
6−4 1
d’où ab = = 1, ce qui montre que l’aire du triangle ABC est égale à .
2 2
Exemple 10
[ =
Soit ABC un triangle rectangle en C . On désigne par D ∈ [CB] le point tel que DAC
1.9. THÉORÈME DE PYTHAGORE 19
[ CD = 1, 5 et DB = 2, 5. Déterminer AC .
BAD,
C
D
A E B
PB PC .
Soit P un point à l’intérieur d’un carré ABCD tel que : PA = = . Déterminer APB
2 3
C
D
A
B
PC 2 = 9 = CQ 2 + PQ 2 d’où [ = 90°.
CQP
[ = 90° + 45° = 135°.
= CQB
En conclusion, APB
Exemple 12 : (Formule de la médiane)
Soient ABC un triangle, et AM la médiane du côté [BC] (avec M le milieu de [BC]). Montrer
la formule de la médiane :
AB2 + AC 2 = 2 AM 2 + BM 2 .
b
A
B M C
b b b b
E b
Exemple 13
Soit O un point à l’intérieur d’un triangle ABC . On désigne par E ∈ [AC], F ∈ [AB] et
D ∈ [BC] les pieds des perpendiculaires issues de O aux côtés [AC], [AB] et [BC] respecti-
vement. Montrer que :
AF 2 + BD 2 + CE 2 = BF 2 + DC 2 + AE 2 .
En appliquant le théorème de Pythagore dans les triangles OAF, OBF, OBD, OCD, OCE et OAE
on déduit que :
AF 2 + BD 2 + CE 2 = AO 2 − OF 2 + BO 2 − OD 2 + CO 2 − OE 2
= BO 2 − OF 2 + CO 2 − OD 2 + AO 2 − OE 2 = BF 2 + DC 2 + AE 2 .
Exemple 14
P2 b
Puisque dans le quadrilatère AP1 BP les diagonales sont perpendiculaires entre elles, alors :
AP12 + BP 2 = AF 2 + P1 F 2 + BF 2 + PF 2 = AF 2 + PF 2 + P1 F 2 + BF 2 = AP 2 + BP12 .
En additionnant ces trois dernières identités on arrive à : AP12 = AP32 , c’est-à-dire AP1 = AP3 .
1.10 Quadrilatères
Définition (Parallélogramme)
Un parallélogramme est un quadrilatère dont les côtés opposés sont deux à deux paral-
lèles.
1.10. QUADRILATÈRES 21
Proposition
A B
D
C
Proposition
1 Si les diagonales d’un quadrilatère se coupent en leur milieu, alors c’est un parallé-
logramme.
2 Si les côtés opposés d’un quadrilatère non croisé sont deux à deux de même lon-
gueur, alors c’est un parallélogramme.
3 Si deux côtés opposés d’un quadrilatère non croisé sont parallèles et de même lon-
gueur, alors c’est un parallélogramme.
K
D C b G H
b b b b
J
M
b b
B F E
b b L b b
A b
Proposition
Proposition
Proposition
Quadrilatère
est un
Parallélogramme
Rectangle Losange
Carré
Définition (Périmètre)
1 Le périmètre d’une figure est la longueur de son contour. Il s’exprime à l’aide d’une
unité de longueur.
2 Le périmètre d’un polygone est égal à la somme des longueurs de ses côtés.
L’aire d’une figure est la mesure de sa surface intérieure, dans une unité donnée.
b×h
❏ L’aire d’un triangle est égale à : ,
2
où b est la base et h la hauteur. h
C b b
B
b
D
A b
Proposition
Deux figures sont symétriques par rapport à une droite (d) si elles se superposent quand
on « plie » le long de cette droite. La droite (d) est appelée l’axe de symétrie.
Proposition
1 Le symétrique d’une droite par rapport à une droite est une droite : on dit que la
symétrie axiale conserve les alignements.
2 Le symétrique d’un segment par rapport à une droite est un segment de même
longueur : on dit que la symétrie axiale conserve les longueurs.
3 Deux figures symétriques par rapport à une droite ont la même forme : on dit que
la symétrie axiale conserve les angles, les périmètres et les aires.
24 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
On dit qu’une droite (d) est un axe de symétrie d’une figure si le symétrique de cette
figure par rapport à la droite (d) est la figure elle-même.
Proposition
Proposition
Deux figures sont symétriques par rapport à un point O si elles se superposent lorsqu’on
effectue un demi-tour autour du point O . Le point O s’appelle le centre de symétrie.
❏ Le symétrique d’un point A distinct de O est le point A′ tel que O est le milieu du segment
[AA′ ].
b
A′
B′ b
O
b
b B
A
Proposition
1 Le symétrique d’une droite par rapport à un point est une droite : on dit que la
symétrie centrale conserve les alignements.
2 Si deux droites sont symétriques par rapport à un point, alors elles sont parallèles.
3 Le symétrique d’un segment par rapport à un point est un segment de même lon-
gueur : on dit que la symétrie conserve les longueurs.
4 Deux figures symétriques par rapport à un point ont la même forme : on dit que la
symétrie centrale conserve les angles, les périmètres et les aires.
1.12. SYMÉTRIE. TRANSFORMATIONS GÉOMÉTRIQUES 25
Définition (Translation)
Transformer une figure par translation, c’est la faire glisser sans la tourner. Ce glissement
est défini par :
• une direction ; • un sens ; • une longueur.
Sur une figure, on peut schématiser ce glissement par des flèches.
B b
b
C′
b
b
C
A
Proposition
Définition (Rotation)
Transformer une figure par rotation, c’est la faire tourner autour d’un point. Une rotation
est définie par :
• un centre ; • un angle de rotation ; • un sens de rotation (horaire ou anti-horaire).
b
A
120°
b
A′ b
Proposition
Définition (Homothétie)
Soit un point O . Transformer une figure par une homothétie de centre O , c’est l’agrandir
ou la réduire en faisant glisser ses points le long de droites passant par O . Une homothétie
est définie par : • un centre ; • un rapport k non nul.
b
A′
b
A
b O
26 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
Proposition
1 Une figure et son image par une homothétie ont la même forme. L’homothétie
conserve les alignements et les angles.
2 Par une homothétie de rapport k > 0, les longueurs sont multipliées par k et les aires
par k 2 .
1.13 Exercices
Exercice 1
Soit ABCD un quadrilatère donné. On note par E et F les milieux respectifs de [AD] et
1
[BC]. Montrer que si (AB) et (CD) ne sont pas parallèles, alors EF < (AB + CD).
2
Solution. Soit P le milieu de la diagonale [BD], alors d’après le théorème des milieux on a :
1 1
PE = AB et PF = CD.
2 2
1
En appliquant l’inégalité triangulaire dans le triangle PEF on obtient : EF < (AB + CD).
2
Exercice 2
Soit ABCD un trapèze tel que (AB) (CD) et AB = 2 CD. On désigne par M et N les milieux
respectifs des diagonales [AC] et [BD]. Déterminer une relation entre les périmètres de
ABCD et CDMN .
Solution. Soient F le milieu de [AB], et E le point d’intersection des droites (BC) et (AD).
1
D’après le théorème des milieux, (DC) (AB) et DC = AB implique que D, C sont les milieux
2
respectifs de [EA] et [EB]. Donc, d’après le théorème des milieux, les points D, M, F sont ali-
1 1 1 1
gnés, les points F, N , C sont alignés, et DM = EC = BC = MF, FN = AD = DE = N C.
2 2 2 2
1 1
D’où, MN = AF = CD. En conclusion :
2 2
P (ABCD) = AB + BC + CD + DA = 2(CD + DM + MN + N C) = 2 P (CDMN ).
Exercice 3
[ coupe (BD)
Soit ABCD un carré de centre O. On suppose que la bissectrice de l’angle CAB
en E et coupe (BC) en F. Montrer que 2 OE = CF.
Solution.
b b
A D
O
b
E b
B F C
b b b
G
b
1.13. EXERCICES 27
Soit (CG) la droite parallèle à (BD) et passant par C (voir figure). Alors CG = 2 OE. Puisque :
[ = AFB
CFG = 90° − 22.5° = 67.5°, [ = 180° − 45° − 67.5° = 67.5°,
CGF
alors CF = CG = 2 OE.
Exercice 4
1
Solution. Soit F le milieu de [AC], alors d’après le théorème des milieux EF =
AB = ED, d’où
2
[ = EDF.
DFE [ Puisque AF = FC et ADC [ = 90°, alors DF = AF = FC, par suite BCA
[ = EDF
[ =
1[ 1[
CEF = ABC, ce qui termine la preuve.
2 2
Exercice 5
Soit ABCD un trapèze avec (AB) (DC) et AD = BC. Les droites (AC) et (BD) se coupent
en O. On désigne par P, Q et R les milieux respectifs de [AO], [DO] et [BC]. On suppose
[ = 60°, montrer que PQR est un triangle équilatéral.
que AOB
Solution. Il suffit de montrer que PQ = PR = QR. Puisque les triangles ABO et CDO sont tous
les deux équilatéraux, alors BP⊥AO et CQ⊥DO. Donc, d’après les propriétés d’un triangle
rectangle inscrit dans son cercle circonscrit, on déduit que PR = BR = CR = QR. En utilisant
1 1
le théorème des milieux on a : PQ = AD = BC = PR = QR. Donc PQR est un triangle
2 2
équilatéral.
Exercice 6
Solution.
b
B
O D
b b b
A
b
E
b
F
b
C
1 [ = DBO
[ et
Soit D tel que (DF) (BE) (voir figure), alors EF = FC, DF = BE = 2. Puisque ABO
2
BO = BO alors les triangles rectangles ABO et DBO sont isométriques. Par suite AO = OD =
1
2, OE = DF = 1, d’où BO = 3. D’après le théorème des milieux et le théorème de Pythagore
2 √ √
on a : FC = EF = AE = AO 2 + OE 2 = 5, ainsi :
√ √ √ √
AC = 3AE = 3 5, AB = BO 2 + AO 2 = 13, BC = 2BD = 2AB = 2 13.
28 CHAPITRE 1. OUTILS FONDAMENTAUX
Dans le quadrilatère ABCD, AD > BC, E et F sont les milieux respectifs de [AB] et [CD].
On suppose que les droites (AD) et (BC) coupent (FE) aux points H et G respectivement.
[ < BGE.
Montrer que AHE [
Solution. Soit P le milieu de [AC]. On utilise le théorème des milieux pour résoudre l’exercice.
Comme (PE) (BG), (PF) (AH), alors PFE = AHE, [ PEF [ Ainsi, pour comparer AHE
= BGE. [
[ il suffit de comparer PFE et PEF. 1 1
Comme PE = BC < AD = PF, alors PFE < PEF.
et BGE,
2 2
Par conséquent AHE[ < BGE.
[
b
H
G
b
A
b
E
b
b B
P
b
D C
b
Fb b
Exercice 8
Soient ABC un triangle donné, et M ∈ [BC) situé au delà de C. On désigne par D, E et N les
milieux respectifs de [AB], [AC] et [BM]. Le milieu de [EN ] est noté H. Les droites (DH) et
(BM) se coupent au point F. Montrer que CF = FM.
1 1
Solution. Soit G le milieu de [BC], aors GN = BN − BG = (BM − BC) = CM, par suite il
2 2
suffit de montrer que GN = CF. Soit K le point d’intersection de (CD) avec (EG), alors comme
1
EK = KG et EH = HN , on a : (KH) (BM), KH = GN , d’où DH = HF. Par conséquent
2
1
KH = CF, ce qui donne GN = CF.
2
Exercice 9
Solution.
A
b
M
b
D b
N
P b
b
C
B
b b b
= CBN
BAE [ , ainsi CBN[ = BCD,
[ N [ [ Soit P le point d’intersection de (BN ) et (CD),
BD = CDB.
alors P est le milieu de [CD]. Puisque (DM) (PN ), alors d’après le théorème des milieux on
conclut que MN = N C.
[ coupe
Soit ABCD un quadrilatère avec (AD) (BC). Montrer que si la bissectrice de DAB
[
(CD) en E, et que (BE) est la bissectrice de ABC, alors AB = AD + BC.
Solution.
b
b
B
b
F
A
C E D
b b b
[ BAD
Soit F le milieu de [AB]. Puisque (AD) (BC) et CBA+ [ = 180°, alors AEB
= 180°−90° = 90°.
1 = EAF
= EAD,[ c’est-à-dire (EF) (AD), le point E est
D’où EF = AB = BF = AF, donc AEF
2
donc le milieu de [CD]. D’après le théorème des milieux pour un trapèze on conclut que :
1 1
(AD + BC) = EF = AB donc AB = AD + BC.
2 2
Exercice 11
Solution. Soit E le milieu de [CD], et supposons que les droites (AD) et (BE) se coupent en F.
Par symétrie on a : DF = CB = a. Puisque les triangles rectangles ABM et CBE sont symétriques
par rapport à la droite (BD), alors \ [ Il suffit de montrer que N
ABM = CBE. [ [ et pour
BE = EBC,
cela on a juste besoin r [ [ [ [
de prouver que N BF = BFN puisque DFE = EBC. Par hypothèse on a :
2
3 3 5 1 5
AN = a, d’où N B = a + a2 = a. D’autre part, N F = a + a = a, d’où N F = BF, par
4 4 4 4 4
conséquent N [ [.
BF = BFN
M N D F
b b b b b
E
b
B C
b b
Exercice 12
BD 2 + CD 2 = 2 AD 2 .
b = 45°, BAE
b= C
Solution. Soit E ∈ [BC] tel que (AE)⊥(BC). Puisque B [ = 45°, alors AE =
= CAE
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been in the habit of seeing this particular window, and I am not in the
habit of buying jewellery.
I record this trifle here, as one of our common experiences, and I
am satisfied similar experiences are common to all.
Another experience is the anticipation of letters and their contents.
This is most frequent in the morning, just before rising. I frequently
see the letters and the shape of the envelope and style of address
before I actually see the letters on my consulting table.
The most common experience of all is recognised by the adage,
“Think of the Devil, and he will appear.” I have noted this in
particular. Sitting at the table, there is “popped” into my mind a
thought of someone. I will remark, “I think Mr. or Mrs. —— will be
here to-day,” and they come. Certainly, all who have come in this
way have been relatives or friends; and although they appear
subsequent to the thought of them, the evidence in favour of
thought-transference may not be esteemed conclusive. I say it is a
common experience. I don’t think we should despise any experience,
because it is common. To be common, indicates there is a basis,
amounting to a psychic law, to account for its existence.
Another common experience is the crossing of letters. One person
suddenly recollects “So-and-so;” and writes them a letter excusing
delay in writing, retailing news, and in all probability writing on some
subject more particularly than on others. Strange to say, the person
you have written to, has also been engaged writing to you about the
same time and on similar subjects. Both have possibly posted their
letters at such a time that the delivery has been crossed. I do not say
this proves anything; yet I cannot help thinking the experience is too
frequent to be accounted for by the usual explanation of accident or
coincidence.
Mark Twain’s article on “Mental Telegraphy” is fresh in the minds
of most magazine readers. Whether that article had a basis in the
writer’s actual experience or not, it is a pretty common experience
with most literary men.
“Distance,” says Mr. Tuttle, “has inappreciable influence on the
transference of thought. It may take place in the same room, or
where the two persons are thousands of miles apart. As a personal
experience, I will relate one of many similar incidents which have
awakened my attention to this wonderful phenomenon. Sitting by my
desk one evening, suddenly as a flash of light, the thought came to
write an article for the Harbinger of Light, published at Melbourne,
Australia. I had, by correspondence, become acquainted with the
editor, W. H. Terry, but there had been no letters passed for many a
year. I had not thought of him or his journal for I do not know how
long a time, and I was amused at first with the idea of writing on the
subject suggested. But the impression was so strong that I prepared
and forwarded an article. Nearly two months passed before I
received a letter from Mr. Terry, requesting me to write an article on
the subject on which I have written; and, making due allowance for
time, the date of our letters were the same. In our experience, this
crossing of letters answering each other has twice occurred—the
second by Mr. Terry answering a request of mine.”
Dr. Charles W. Hidden, of Newburyport, Mass., U.S.A., reports a
somewhat similar experience to that of Mark Twain and the above,
which was reported in a recent number of the Religio-Philosophical
Journal: A very peculiar plot impressed itself upon his mind, and he
immediately based a story upon the plot. He read the story to his
family, and was about to send it to a publication to which his wife had
recently become a subscriber. When the next number arrived he
opened it to learn how to forward his manuscript, and great was his
surprise to find on the first page a story bearing the title of his own,
and a plot almost identical with that which he had written. Parts of
the published article appeared word for word. It is needless to add
that Dr. Hidden tossed his manuscript into his desk, and it is there
yet. His explanation is, that he caught the title and the plot from
another, just as Mark Twain caught the plot of the “Big Bonanza”
from his friend Simmons.
It would be nigh impossible to illustrate the various phases of
thought-transference, ranging, as they do, from the association of
ideas which may be aroused by a hint, a half-uttered word, or a
gesture, to the unmistakable facts of pure mental transference, and,
higher still, to the region of pure psychism, where spirit influences
inspire and direct spirit, and thought-bodies are no longer recognised
as mere subjective spirits but living and tangible objective
personalities, albeit discarnate.
We can say truly with Voltaire, “There is a power that acts within
us, without consulting us.”
CHAPTER VI.
Thought-Reading Experiments.
Having satisfactory evidence of the reality of thought-transference, it
would be interesting to know if this power or faculty can be
cultivated, and if so, how? I propose in this chapter to show how this
can be done, and how to give thought-reading entertainments.
Experimental mind-reading may be distinguished, for the sake of
study, as the abnormal, the normal, and the spurious.
The abnormal, that which takes place in trance, dream, vision, or
which may be the product of artificial somnambulism or of some
super-sensitive condition of the nervous system, through disease.
We observe thought-transference in these conditions, rather than
attempt to cultivate it.
The normal, where the phenomena takes place in the ordinary
waking state, without muscular contact.
The spurious mind-reading, so-called, as the result of musculation
or contact, but which is, in fact, only muscle-reading.
In both the abnormal and normal, direct transference of thought
from mind to mind can only take place when there is the necessary
development of psychic activity in the agent or operator, and the
equally necessary sensitiveness in the sensitive or percipient.
Classed under muscle-reading are those performances and
games in which the sensitive reads not the mind, but some special
desire (of those with whom he or she may be placed in contact), by a
“careful study of the indications unconsciously given by the agent or
operator to the percipient or reader.”
In both abnormal and normal thought-reading, then, are presented
innumerable instances of the possession of psychic faculties; in the
muscle-reading phase there may be, and it is possible all successful
“readers” have, more or less sensitiveness, to take impressions.
To cultivate mind-reading in a sensitive, the operator should first
cultivate in himself the habit of projecting mental pictures, and think
of things as seen by the eye, rather than as described by words. This
is best done by calling to mind a landscape or domestic scene, by
conceiving and mentally building up the same, and, by degrees,
getting each feature or detail well stamped in his mind.
It is well in the beginning of these experiments to make the scene
as simple, and yet as natural and as complete in detail, as possible.
For instance, let the operator think of such a picture as this:—A
bright little landscape, having a well-defined cottage on the left, just
on the margin of a small lake; boat with two figures in the
foreground; rising bank upon the right; and a little higher up a
defined windmill, well thrown out by the perspective of blue-ridged
and undulating mountains, and sky in the background.
The agent, having satisfied himself of his sensitive’s whole or
partial powers of psychic perception, might ask:—“Do you see
anything now?” and quickly and deliberately go to work, meanwhile
formulating definitely such a picture as the above; even allowing
himself to get into ecstacies over the scene—peopling the cottage
and the mill, and introducing imaginary conversation between the
individual dwellers therein, and so on. The sensitive will describe the
whole as the same is felt or perceived. This experiment may appear
to some to be impossible, but the word impossible belongs to the
limitations of sense, and not to the range of the things possible to the
human spirit.
Some sensitives and mediums take impressions from their
surroundings—their clairvoyant revelations are often nothing more
than so much Mind-reading. Nothing more; but this nothing more is a
great deal. Certainly, it may not prove the existence of spirit, apart
from the sensitive’s own powers; but it does prove that man has
other avenues of knowledge than those with which he is usually
credited.
The development of mind-reading in the psychic states may be
encouraged by a little judicious assistance or direction. Invite the
sensitive to pay attention to So-and-so; to visit places, to examine
rooms, or describe people whom the sensitive has never seen. But
the places, the rooms, and the persons must be distinctly in the
minds of those persons, or agents, with whom he or she is placed in
rapport.
During these experiments the sensitive will say, “I see this,” or
describe that other, as if he actually saw. Hence the infinitely close
relationship of mind-reading to clairvoyance. Thought-reading in
spiritualism will be referred to in the next chapter.
Once possessing a good sensitive, the development of the power,
as a matter of fact, lies particularly in the operator’s ability to
concentrate and focus his thoughts—to think clearly, calmly, vividly,
and distinctly himself—and to deliberately and conscientiously
project the same.
MUSCLE-READING ENTERTAINMENTS.
Spiritualism.
Any reference to Spiritualism here must be very brief, and, I am
afraid, very incomplete. I will deal with the subject in the light of the
preceding chapters.
It has been established on the clearest evidence that thought-
transference and reception between two nearly harmonised or
sympathetic human beings, or embodied human spirits, are possible,
and this without intermediate sense or physical agencies. If, then,
between mind and mind on earth, distance or space being no
obstacle, matter no hindrance, why not between mind disincarnate—
if we can conceive of mind apart from the human brain and organism
—and mind incarnate? If not, why not?
It seems to me very difficult, if we accept the first, to reject the
latter conclusion. If we accept the latter, we are committed in the
main to belief in Spiritualism, ancient and modern. If we admit that it
is possible for a disembodied spirit to communicate with us in dream,
vision, or, as in the case of Miss Howett, have our hands influenced
to write, or that we see and converse with spirits, as in the case of
Mary Reynolds, we then admit, and accept in the main, the essential
features of what is known as Spiritualism. The subject is not only
interesting, but of vital importance; therefore, I think, the fear of being
called a “Spiritualist,” or any other name, should not prevent us
sounding to the depths, the psychic possibilities of our human
nature.