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\newcommand{\V}{\overrightarrow}
\def\euro{\mbox{\raisebox{.25ex}{{\it =}}\hspace{-.5em}{\sf C}}~}
% pour avoir le symbole euro : \euro
% Ensembles R, C, N et D
\newcommand{\R}{\mathbb{R}}
\newcommand{\C}{\mathbb{C}}
\newcommand{\N}{\mathbb{N}}
\newcommand{\D}{\mathbb{D}}
\newcommand{\Z}{\mathbb{Z}}
\newcommand{\diff}{\textrm{d}}
\newcommand{\e}{\textrm{e}}
% Repère (O,i,j)
%usage : \RE
\newcommand{\RE}{(O~;~\V{i},~\V{j})}
% Repère (O;u,v)
\newcommand{\RC}{(O~;~\V{u},~\V{v})}
% un autre repère (O;i,j)
\newcommand{\REP}{\mbox{$\left(O,\vec{\imath},\vec{\jmath}\right)$}}
% un autre repère (O;u,v)
\newcommand{\REPB}{\mbox{$\left(O,\vec{u},\vec{v}\right)$}}
\newcommand{\cad}{c.-à-d.}
\newcommand{\ie}{\textit{i.e.}}
 
\theoremstyle{definition}
\newtheorem{definition}{Définition}[section]
\newtheorem{activite}{Activité}
\newtheorem{theoreme}{Théorème}[section]
\newtheorem{remarque}{Remarque}[section]
\newtheorem{consequence}{Conséquence}[section]
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% QCM, structure et utilisation : \QCM{Question}{Réponse A}{Réponse B}{Réponse C}
\newcommand{\QCM}[4]{
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    #1 & \psset{xunit=1 cm}
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    A: #2 \qquad B: #3 \qquad C: #4 & \\
    \end{tabular}}
 
% Utilisation de cet environnement : \begin{questiions} \item ... \end{questions}
\newenvironment{questions}{\begin{enumerate}[1 $\, \diamond$]}{\end{enumerate}}
 
 
 
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    \lhead{\textit{Pythagore}}
    %\chead{}
    \rhead{$4$\ieme}
    \cfoot{\thepage/\pageref{LastPage}}
    \pagestyle{fancy}
  \renewcommand{\headrulewidth}{0pt}
 
\title{Autour du théorème de Pythagore}
\author{François \textsc{Meria}}
\date{}
\begin{document}
\maketitle
 
 
\section{Généralités}
\subsection{Le vocabulaire du triangle rectangle}
\noindent Dans un triangle rectangle, il y a un vocabulaire à
respecter. Une des particularités du triangle rectangle est
d'avoir \emph{toujours} un côté plus grand que les deux autres.\\
 
\noindent Comme son nom l'indique le triangle rectangle possède un
angle droit, c'est-à-dire un angle de 90°. Il est généralement
matérialisé par un petit carré pour marquer cet angle.
\begin{definition}
Dans un triangle rectangle, les deux côtés de l'angle mesurant 90°
sont appelés les côtés de l'angle droit.
\end{definition}
 
\begin{definition}
Dans un triangle rectangle, on appelle hypoténuse le côté le plus
long du triangle.
\end{definition}
 
\begin{remarque}{\textbf{(Vocabulaire)}}
Chez les anciens, on plaçait l'angle droit d'un triangle rectangle
en haut du schéma. Le mot \emph{hypoténuse} vient du préfixe grec
\textit{hypo} qui veut dire \emph{sous} et du verbe grec
\emph{teinein} qui signifie tendre. Ainsi, l'hypoténuse pour les
Grecs, retient les deux côtés de l'angle droit en les attrapant
par en dessous.
\end{remarque}
 
\subsection{Un peu d'histoire : Pythagore (autour de 550 av. J.-C.)}
 
\noindent Pythagore est un grand philosophe et mathématicien de la
Grèce Antique. Il est né dans la première moitié du
\textsc{VI}\ieme \ siècle avant Jésus-Christ, dans l'île de Samos
en Ionie. Pythagore s'installe à Croton en 529 avant J.-C. Dans
cette ville, il fonde une école de mathématique et de philosophie
et eut de nombreux adeptes. Mort aux environs de 500 avant
Jésus-Christ à Metapontom, Pythagore est resté célèbre pour avoir
démontré une relation dans le triangle rectangle \footnote{
\texttt{http://mathematiques.ac-bordeaux.fr/viemaths/hist/mthacc/pythagore.htm
}}
.\\
 
\noindent Le théorème dit de Pythagore était certainement
connu des Babyloniens, bien avant Pythagore lui-même\ldots\\
Peut-être l'a-t-il, le premier, énoncé de façon plus abstraite, et
non plus seulement dans des cas particuliers, même s'ils étaient
très nombreux\ldots Les Anciens Grecs avaient coutume d'attribuer
à Pythagore, à tort ou à raison, tous les résultats fondamentaux
de leurs mathématiques.\\
 
\noindent Le mot \textit{théorème} \footnote{\texttt{ les Mots \&
les Maths, dictionnaire historique et étymologique du vocabulaire
mathématique ; Bertrand Hauchecorne ; édition ellipses.} }
 est construit sur deux racines
grecques. La première \emph{thea} désigne le spectacle, on la
reconnaît dans \emph{théâtre} et \emph{théorie}. La seconde
signifie \emph{observer} ou \emph{comtempler}. On la retrouve elle
aussi dans \emph{théorie} mais encore dans \emph{panorama} (elle
est moins claire dans \emph{Castorama}!).\\
\emph{Theorema} désignait à la fois la fête, la méditation et
l'objet d'étude. On voit ainsi qu'au début, la pensée mathématique
grecque était basée sur l'observation. La rupture fondamentale de
ce peuple est de s'être ensuite soucié de justifier un résultat
plutôt que de se contenter de l'établir. Le sens du mot
\emph{theorema} évolue parallèlement. Chez les Romains il signifie
\emph{proposition démontrable}. Bien sûr la notion de preuve
n'était pas celle que nous connaissons de nos jours. Cependant on
peut dire que le mot avait déjà pris le sens actuel.\\
À la renaissance le souci de démonstration réapparaît en
mathématiques. Le mot est repris et francisé en 1539. À cette
époque, il s'oppose à \emph{axiome} et \emph{postulat}. \footnote{
Pour ceux qui sont intéressés par l'histoire, la vie de Pythagore,
voir : \texttt{http://agora.qc.ca/mot.nsf/Dossiers/Pythagore}. }
 
\subsection{Pourquoi le théorème de Pythagore?}
\noindent Le théorème de Pythagore joue un rôle important en
mathématiques. Il est étudié en classe de quatrième mais, quelles
sont les personnes qui ne l'ayant jamais étudié n'en ont jamais
entendu parler ? Elles sont vraiment rares. Dans les souvenirs
scolaires de chacun, et même si la propriété est \og oubliée\fg
\textrm{ }(par manque de pratique sans doute), le nom de Pythagore
est un des plus connus.\\
 
\noindent En ce qui nous concerne, un des intérêts de ce théorème
est en particulier l'introduction de nouveaux nombres: les racines
carrées des nombres positifs. Remarquons qu'au lieu de parler de
la \textit{racine carrée} d'un nombre positif, on peut également
parler de \textit{radical} d'un nombre positif, et cette
expression joue un rôle majeur en mathématiques, et en algèbre en
particulier. Attachons nous à présent à l'étude du \textit{fameux}
théorème de Pythagore. \\
\noindent Avant de donner l'énoncé du théorème de Pythagore, nous
allons définir les \textit{nouveaux nombres} qui nous seront
utiles par la suite dans ce cours.\\
\begin{definition}
\'Etant donné un nombre $a$ positif, on appelle racine carrée du
nombre $a$ ou encore radical de $a$ le nombre positif qui,
multiplié par lui même donne $a$. Ce nombre est noté $\sqrt{a}$.
Autrement dit, le nombre $\sqrt{a}$ vérifie
    \begin{equation}
        \textrm{si }a\geqslant 0 \textrm{ alors } \left(\sqrt{a}\right)^2=a
        \textrm{ ou encore } \sqrt{a}\times\sqrt{a}=a
    \end{equation}
\end{definition}
 
\begin{remarque} On ne parle \textbf{jamais} de la racine carrée d'un
nombre négatif. C'est-àdire que si $a<0$, on ne peut pas définir
le radical de $a$.
\end{remarque}
 
\begin{propriete} De par la définition du nombre $\sqrt{a}$ si $a\geqslant 0$,
on a la relation
$$ \left(\sqrt{a^2}\right)=a$$
\end{propriete}
 
\begin{proof}
En effet, par définition, $\left(\sqrt{a^2}\right)^2=a^2$, et
donc, le nombre positif qui, multiplié par lui même donne $a^2$
est $\sqrt{a^2}$. Comme par ailleurs $a$ est positif et que $a$
 multiplié par lui-même donne (évidemment) $a^2$, on en déduit que
 $\sqrt{a^2}=a$.
\end{proof}
 
\section{Le théorème de Pythagore direct ou la propriété de Pythagore}
\subsection{Le théorème et sa démonstration}
\subsubsection{\'Enoncé du théorème}
 
\begin{theoreme}{\textbf{(Pythagore)}} \label{pyth}
Dans un triangle rectangle, le carré de l'hypoténuse est égal à la
somme des carrés des deux côtés de l'angle droit.
\end{theoreme}
 
\noindent Il est parfois plus utile d'avoir en notre possession
une forme de ce théorème où apparaît un \og exemple \fg \ de
triangle rectangle. C'est la propriété suivante qui nous sert pour
avoir ce
renseignement.\\
 
\begin{propriete} Si le triangle $ABC$ est un triangle rectangle en $A$, alors
on a
\begin{equation}\label{thpABC}
\boxed{
                  BC^2=BA^2+AC^2
}
\end{equation}
\end{propriete}
 
 
\begin{figure}[h!]
\begin{minipage}[t]{1\linewidth}
\begin{center}
\psset{unit=0.75cm} \pspicture(0,-2)(4,2.5)
%    \psgrid
    \rput{-25}{
    \pstTriangle[PointSymbol=none](0,0){A}(3.5,0){B}(0,2.5){C}
    \pstRightAngle{C}{A}{B}
    }
\endpspicture
\end{center}
\end{minipage}
    \caption{$ABC$ \textit{est rectangle en} $A$ : $BC^2=BA^2+AC^2$}\label{thpillustration}
\end{figure}
 
 
\noindent Autrement dit, si un triangle est rectangle et que ses
longueurs sont les nombres $a$, $b$ et $c$, avec $c$ la longueur
de son hypoténuse, alors
\begin{equation} \label{thpabc}
\boxed{
                       c^2=a^2+b^2
}
\end{equation}
 
\begin{remarque} Dans l'égalité
$BC^2=B\textbf{\textit{A}}^2+\textbf{\textit{A}}C^2$, on peut
remarquer que l'on a en quelque sorte \textit{inséré} le point $A$
dans la somme formée par les côtés de l'angle droit, c.-à-d. dans
le côté de l'égalité ne contenant pas l'hypoténuse du triangle
$ABC$.\\
\end{remarque}
 
 
 
\subsubsection{Démonstration du théorème}
\noindent \textit{En première lecture, on pourra ne pas lire cette
partie. Elle est donnée à titre d'exemple et cela pour avoir un
nouvel aperçu de ce qu'est une démonstration en mathématiques, et
en géométrie en particulier}.\\
 
\noindent Pour démontrer le théorème de Pythagore, il y a
plusieurs méthodes, géométriques notamment. Celle que nous allons
exposer ici consiste en le calcul de l'aire d'un demi carré de
côté inconnu. On remarque que cette question n'est pas \emph{a
priori} évidente car pour calculer l'aire d'un carré (ou d'un demi
carré, ce qui revient au même), nous ne disposons que d'une
formule, et celle-ci utilise le côté $c$ de ce carré :
$\mathcal{A}=c^2$.
%\newpage
\begin{proof}
\noindent  On considère la figure suivante où
\begin{multicols}{2}
\begin{itemize}
    \item[$\diamond$] les points $D$, $A$ et $C$ sont alignés ;
    \item[$\diamond$] on a les égalités de longueurs suivantes
        $ \left\{
        \begin{array}{l}
            DA=CB\\
            ED=AC\\
            EA=AB\\
        \end{array}
        \right.
        $ ;
    \item[$\diamond$] on note $a=BC$, $b=AC$ et $c=AB$ ;
    \item[$\diamond$] les angles repérés par des marques
    identiques sont de même mesure.
\end{itemize}
\end{multicols}
%
\begin{figure}[h!]
\begin{minipage}[t]{1\linewidth}
\begin{center}
\psset{unit=0.5} \pspicture(0,-1)(8.5,7)
%   \psgrid[subgriddiv=2]
    \pstGeonode[PosAngle={-90,-90,180,-90},PointSymbol=+](0,0){D}(2,0){A}(0,6){E}(8,0){C}
    \pstLineAB{D}{E}
    \pstLineAB{E}{A}
    \pstLineAB{A}{D}
    \pstRightAngle[]{A}{D}{E}
    \pstRotation[RotAngle=90,PointSymbol=+,PosAngle=90,PointName=none]{E}{A}{X}
    \pstLineAB[linestyle=dashed]{E}{X}
    \pstRotation[RotAngle=90,PointSymbol=+]{X}{E}{B}
    \pstLineAB[linestyle=dashed]{B}{X} \pstLineAB{A}{B}
    \pstLineAB{B}{C}
    \pstLineAB{D}{C}
    \pstRightAngle[]{D}{C}{B}
    \pstLineAB[linestyle=dashed]{E}{B}
    \pspolygon[fillstyle=solid,fillcolor=lightgray](0,6)(2,0)(8,2)
    %\pstRightAngle[]{B}{A}{E}
    \put(4.8,1.25){$c$} \put(8.3,0.9){$a$} \put(4.8,-0.7){$b$}
    \pstMarkAngle[MarkAngleRadius=1.5,Mark=MarkHash]{D}{E}{A}{}
    \pstMarkAngle[MarkAngleRadius=1.5,Mark=MarkHash]{C}{A}{B}{}
    \pstMarkAngle[MarkAngleRadius=0.7]{E}{A}{D}{}
    \pstMarkAngle[MarkAngleRadius=0.7]{A}{B}{C}{}
 
\endpspicture
\end{center}
\end{minipage}
    \caption{\textit{Illustration pour la démonstration du théorème de Pythagore}}\label{demopyth}
\end{figure}
 
\noindent Démontrons que dans le triangle rectangle $ABC$ on a:
$c^2=a^2+b^2$. Le triangle $ABC$ est un triangle rectangle en $C$
et la somme des angles d'un triangle est de 180°. Donc, la somme
des angles $\widehat{BAC}$ et $\widehat{ABC}$ est de 90°. Comme
l'angle $\widehat{EAD}$ est égal à l'angle $\widehat{ABC}$; il
vient que
\begin{align*}
\widehat{EAB}&=180°-\left(\widehat{EAD}+\widehat{BAC}\right)\\
\widehat{EAB}&=180°-\left(\widehat{ABC}+\widehat{BAC}\right)
\qquad \textrm{et donc }\\
\widehat{EAB}&=180°-90° \qquad \qquad \qquad  \textrm{d'où finalement }\\
\widehat{EAB}&=90°.
\end{align*}
L'aire $\mathcal{A}$ du trapèze $EDCB$ peut se calculer de deux
manières différentes, et c'est cela qui est le point central de la
démonstration pour obtenir une relation entre les nombres $a$, $b$ et $c$.\\
D'une part, on a
\begin{align*}
\mathcal{A}&=\frac{(\textit{grande base }+\textit{petite
base})\times \textit{hauteur}}{2} \\
\mathcal{A}&=\frac{(DE+BA)\times DA}{2} \qquad \\
\end{align*}
soit
\begin{equation} \label{trapeze1}
\boxed{\mathcal{A}=\frac{(b+a)\times (a+b)}{2}}
\end{equation}
Et, d'autre part, l'aire $\mathcal{A}$ est égal à la somme des
aires des trois triangles $EDA$, $ABC$ et $EAB$, c'est-à-dire
\begin{align*}
\mathcal{A}&=\frac{DA\times DE}{2}+\frac{AC\times
CB}{2}+\frac{AE\times AB}{2}\\
\mathcal{A}&=\frac{a\times b}{2}+\frac{b\times a}{2}+\frac{c\times
c}{2}\\
\end{align*}
et finalement
\begin{equation} \label{trapeze2}
\boxed{\mathcal{A}=\frac{2\times ab+c^2}{2}}
\end{equation}
 
\smallskip
 
\noindent En développant la relation (\ref{trapeze1}), on obtient
\footnote{ On utilise la propriété de 5\ieme~suivante : $k\times
a+k\times b=k\times (a+b)$ }
$$
\mathcal{A}=\frac{b\times(a+b)+a\times(a+b)}{2}=\frac{ba+b^2+a^2+ab}{2}
$$
soit
\begin{equation} \label{trapeze3}
\boxed{\mathcal{A}=\frac{a^2+b^2+2\times ab}{2}}
\end{equation}
Ainsi, on peut écrire que les relations (\ref{trapeze2}) et
(\ref{trapeze3}) sont égales, c'est-à-dire
$$
\boxed{\mathcal{A}=\frac{2\times ab+c^2}{2}=\frac{a^2+b^2+2\times
ab}{2}}
$$
Enfin, en multipliant la dernière égalité par 2 et en soustrayant
de chaque côté de cette égalité le nombre $2\times ab$, on obtient
la relation cherchée, soit
$$ \boxed{c^2=a^2+b^2} $$
ce qui démontre le théorème de Pythagore.
\end{proof}
 
\subsection{Applications du théorème de Pythagore}
\noindent Comme nous l'avons déjà vu en classe, une des utilités à
disposer du théorème de Pythagore est le calcul d'une longueur
inconnue dans un triangle \textit{rectangle} dont on connaît les
longueurs des deux autres côtés. Il y en a au moins une autre qui
sert à démontrer qu'un triangle n'est pas rectangle. Ainsi, le
premier paragraphe qui suit est destiné à rappeler les techniques
pour \textit{calculer une longueur inconnue dans un triangle
rectangle} et le second paragraphe est consacré à la deuxième
application : \textit{démontrer qu'un triangle n'est pas
rectangle}.
 
\subsubsection{Calcul d'une longueur inconnue dans un triangle rectangle}
\noindent Posons le problème. \'Etant donné un triangle
\textbf{rectangle} dont on connaît deux longueurs sur trois,
déterminons la longueur du troisième côté.
%\newpage
 
\begin{exemple}
\'Etant donné le triangle $DEF$ rectangle en $E$ et tel que $DE=4$
cm et $FE=3$ cm, calculons la valeur \textbf{exacte} de la
longueur $DF$. \textit{Voir la figure sur la page suivante}.
\end{exemple}
 
 
\begin{multicols}{2}
\noindent On sait que le triangle $DEF$ est un triangle rectangle
en $E$ et que $DE=4$ cm et $FE=3$ cm. On peut utiliser la
propriété de Pythagore dans ce triangle rectangle pour obtenir
l'égalité
$$
DF^2=DE^2+EF^2
$$
On remplace alors par ce que l'on connaît, soit
\begin{align*}
DF^2&=(4\textrm{ cm})^2+(3 \textrm{ cm})^2\\
DF^2&=16 \textrm{ cm}^2+9 \textrm{ cm}^2\\
DF^2&= 25 \textrm{ cm}^2
\end{align*}
 
\noindent On peut alors conclure que $DF=\sqrt{25\textrm{ cm}^2}=5
\textrm{ cm}$.
\end{multicols}
 
\begin{figure}[h!]
\begin{minipage}[t]{1\linewidth}
\begin{center}
\pspicture(-2,-0.5)(3.2,2.8)
%    \psgrid
    \rput{20}{
    \pstTriangle[PointSymbol=none](0,0){E}(4,0){D}(0,3){F}
    \pstRightAngle{F}{E}{D}
    }
    \put(2,0.3){4 cm}
    \put(-1.7,1.5){3 cm}
    \put(1.5,2.3){?}
\endpspicture
\end{center}
\end{minipage}
    \caption{\textit{Illustration de l'exemple}}\label{def-tr}
\end{figure}
 
\begin{remarque} Dans l'égalité donnée par l'application du théorème de
Pythagore de l'exemple précédent, on a effectué les calculs avec
les unités de longueur et d'aire : les longueurs comme $DE$ sont
exprimées en cm et les aires comme $DE^2$ sont exprimées en
cm$^2$. On peut également faire ces calculs sans les untités de
longueur et d'aire et les développer en ajoutant l'unité de
longueur dans la phrase de conclusion. Voici comment on procède.\\
On a
$$
DF^2=DE^2+EF^2
$$
On remplace alors par ce que l'on connaît, soit
\begin{align*}
DF^2&=4^2+3^2 \\
DF^2&=16+9\\
DF^2&= 25^2
\end{align*}
\noindent On peut alors conclure que $DF=\sqrt{25^2}=5$,
c'est-à-dire que, la longueur $DF$ est de 5 cm.
\end{remarque}
\begin{remarque} Si la longueur inconnue ne se trouve pas à gauche
de l'égalité mais à droite, pour pouvoir calculer le nombre
inconnu, il faudra écrire une ligne supplémentaire où il faut
isoler le terme inconnu. On consultera le cours pour un exemple
concret.
\end{remarque}
 
\subsubsection{Contraposée du théorème de Pythagore}
\noindent La deuxième application forte du théorème de Pythagore
est ce que l'on appelle \og pompeusement \fg \ la contraposée du
théorème de Pythagore. Ce vocabulaire vient du domaine de la
logique mathématique mais ne nous est en rien utile
en classe de quatrième.\\
 
\noindent Une question naturelle qui se pose après avoir étudié la
propriété de Pythagore est : \og \textit{est-ce que cette
propriété n'est vraie que dans un triangle rectangle ou bien,
est-il possible d'avoir cette égalité dans un triangle quelconque ?} \fg.\\
 
\noindent \'Etant donné un triangle $ABC$ dont les longueurs $a$,
$b$ et $c$ ne vérifient pas la relation de Pythagore, c'est-à-dire
que
                        $$c^2\neq a^2+b^2,$$
a-t-on que le triangle $ABC$ est rectangle ?\\
 
\noindent Si le triangle $ABC$ était rectangle, alors la relation
de Pythagore (\ref{thpabc}) serait vérifiée, ce qui n'est pas le
cas.
On en conclut que le triangle ne peut pas être rectangle.\\
 
\begin{remarque} Ce type de raisonnement est appelé un
raisonnement par contraposition. À titre d'exemple de raisonnement
par contraposition, et cela pour mieux comprendre ce que l'on fait
ici, on citera le raisonnement suivant \\
 
\noindent \textsf{Si mamie va faire les courses, alors elle
achètera du pain. Ainsi, si en rentrant on constate qu'il n'y a
pas de pain, on peut en conclure que mamie n'est pas allée faire
les courses. }\\
\end{remarque}
\noindent Voici comment il faut faire dans un exercice pour
démontrer qu'un triangle n'est pas rectangle.\\
 
\begin{exemple}
Considérons un triangle $ABC$ tel que $AB=3$, $AC=4$ et $BC=6$.
Démontrons que ce triangle n'est pas
rectangle.\\
\noindent On a
$$
%\begin{array}{lc|r}
  BC^2=6^2=36 \qquad \textrm{ et } \qquad AB^2+AC^2=3^2+4^2=9+16=25
%\end{array}
$$
Ainsi, $$BC^2\neq AB^2+AC^2$$ Si le triangle $ABC$ était rectangle
en $A$, on aurait $BC^2=AB^2+AC^2$, ce qui n'est pas le cas. On en
conclut que le triangle $ABC$ n'est pas rectangle.
\end{exemple}
 
\begin{remarque} Dans l'utilisation de la contraposée de Pythagore, on ne cite
pas la propriété utilisée (d'ailleurs on ne l'a pas donnée ici),
on doit (en quatrième) refaire le raisonnement : \og \textit{si le
triangle était rectangle, alors}\ldots \fg.
\end{remarque}
 
\begin{remarque} On a effectué les calculs des carrés des
longueurs des côtés séparément car si on ne sait pas que l'égalité
est vraie ou non, on n'a pas le droit d'écrire une égalité.
\end{remarque}
\section{Le problème réciproque ou la réciproque de la propriété
de Pythagore}
 
\subsection{\'Enoncé et démonstration du théorème réciproque de Pythagore}
\subsubsection{\'Enoncé du théorème}
\noindent On a déjà rencontré le mot \textit{réciproque}, ce mot
est d'ailleurs courant dans le vocabulaire de tous les jours ; on
dit souvent \og et réciproquement \fg \ldots\\
 
\noindent En mathématiques, dire que l'on utilise la réciproque
d'une propriété ou une propriété réciproque, c'est que l'on
considère la propriété \og inverse \fg \ dans le sens où on énonce
la propriété en échangeant les hypothèses et la conclusion de
celle-ci. Par exemple, pour énoncer la propriété réciproque de la
propriété \textbf{si $A$, alors $B$}, on dira \textbf{si $B$,
alors $A$}.\\
 
\noindent Ici, la conclusion du théorème de Pythagore est que
\texttt{le carré de l'hypoténuse est égal à la somme des carrés
des côtés de l'angle droit} et l'hypothèse est que \texttt{le
triangle de départ est rectangle}.
 
\begin{remarque} la propriété réciproque d'une propriété donnée
n'est pas toujours vraie. Mais ici, par chance, la réciproque du
théorème de Pythagore est vraie. Nous reviendrons sur sa
démonstration au paragraphe suivant.
\end{remarque}
 
\noindent Voici l'énoncé de ce théorème réciproque.
 
\begin{theoreme}{\textbf{(réciproque de Pythagore)}}
\label{recpyth} Dans un triangle, si le carré du plus grand côté
est égal à la somme des carrés des deux autres côtés, alors ce
triangle est
rectangle et son hypoténuse est son côté le plus grand. \\
\end{theoreme}
 
\noindent Comme pour le théorème de Pythagore, on peut donner le
théorème réciproque à l'aide d'un exemple comme dans la propriété
\ref{recpythex} suivante
 
\begin{propriete} \label{recpythex}
Dans un triangle dont les longueurs des côtés sont $a$, $b$ et $c$
avec $c$ la plus grande d'entre-elles, si
$$
c^2=a^2+b^2
$$
alors le triangle est un triangle rectangle.
\end{propriete}
 
\bigskip
 
\begin{remarque} Si on ne sait pas qu'un triangle est
rectangle, il est exclu de parler de son hypoténuse, c'est
pourquoi on parle de plus grand côté du triangle dans la
réciproque du théorème de Pythagore.
\end{remarque}
 
\subsubsection{Démonstration du théorème}
\noindent Dans ce paragraphe, nous allons démontrer le théorème
réciproque
de Pythagore (théorème \ref{recpyth}).\\
 
\noindent \textit{Comme pour le théorème de Pythagore direct
\emph{(le théorème \ref{pyth})}, on peut se passer en première
lecture de ce paragraphe. Il constitue un autre exemple de
démonstration en
géométrie.}\\
\begin{proof}
Considérons un triangle $ABC$ dont les longueurs des côtés sont
$a=BC$, $b=AC$ et $c=AB$. Supposons de plus que les longueurs $a$,
$b$ et $c$ vérifient la relation
\begin{equation} \label{eqrecpyth}
c^2=a^2+b^2
\end{equation}
Construisons un deuxième triangle $A'B'C'$ tel que $A'B'C'$ soit
un triangle rectangle en $C'$ et que ses longueurs vérifient
$B'C'=a$ et $A'C'=b$. Démontrons tout d'abord que le côté $A'B'$ a
pour longueur $c$.\\
 
\begin{figure}[h!]
\begin{minipage}[t]{1\linewidth}
\begin{center}
\pspicture(-0.5,-0.5)(6,5.8)
%    \psgrid
 
    \pstGeonode[PointSymbol=none,PosAngle={-90,-45,150}](0,0){C}(2,0){A}(0,4){B}
    \pstGeonode[PointName=none,PointSymbol=none](5.5,1.8){T}(2.5,3){O}
    \pstLineAB{A}{B}
    \pstLineAB{B}{C}
    \pstLineAB{A}{C}
 
    \pstTranslation[PointSymbol=none,PointName=none]{A}{T}{C}{C"}
    \pstTranslation[PointSymbol=none,PointName=none]{A}{T}{B}{B"}
    \pstTranslation[PointSymbol=none,PointName=none]{A}{T}{A}{A"}
 
    \pstRotation[RotAngle=20,PointSymbol=none]{O}{A"}{A'}
    \pstRotation[RotAngle=20,PointSymbol=none,PosAngle=150]{O}{B"}{B'}
    \pstRotation[RotAngle=20,PointSymbol=none,PosAngle=-90]{O}{C"}{C'}
 
    \pstLineAB{A'}{B'}
    \pstLineAB{B'}{C'}
    \pstLineAB{A'}{C'}
 
 
    \pstRightAngle{A'}{C'}{B'}
 
    \put(0.8,-0.3){$b$} \put(5,2.2){$b$}
    \put(-0.4,2){$a$} \put(2.8,3.8){$a$}
    \put(1.2,2){$c$}
\endpspicture
\end{center}
\end{minipage}
    \caption{\textit{Schéma pour la démonstration}}\label{demo-pyth-image}
\end{figure}
 
\noindent On sait que le triangle $A'B'C'$ est rectangle en $C'$
et que $B'C'=a$ et $A'C'=b$. On peut alors utiliser le théorème
direct de Pythagore pour obtenir
$$
A'B'^2=A'C'^2+ B'C'^2
$$
or, cette égalité s'écrit également
\begin{equation}
A'B'^2=b^2+a^2
\end{equation}
ce qui signifie d'après la relation (\ref{eqrecpyth}) que
$A'B'^2=c^2$. Le nombre $c$ étant positif, on obtient que
$A'B'=c$.\\
Ainsi, le triangle $A'B'C'$ est un triangle rectangle en $C'$ et
possède les mêmes longueurs que le triangle $ABC$.\\
 
\noindent À ce stade, nous avons besoin pour conclure d'un
résultat qui n'est aujourd'hui étudié qu'en classe de seconde. Ce
résultat sera admis.
\begin{propriete}
Si deux triangles ont des côtés qui possèdent des longueurs égales
deux à deux, alors les angles qui se correspondent sont égaux.
\end{propriete}
 
\bigskip
 
\noindent À l'aide de cette propriété, il est alors facile de
remarquer que les deux angles $\widehat{C}$ et $\widehat{C'}$ sont
égaux, et comme l'angle $\widehat{C'}$ est un angle droit, on en
conclut que l'angle $\widehat{C}$ est droit, ce qui signifie que
le triangle $ABC$ du départ est un triangle rectangle en $C$, ce
que nous voulions démontrer.
\end{proof}
 
\subsection{Applications du théorème réciproque de Pythagore}
\noindent Comme pour le théorème de Pythagore direct, la
réciproque de ce théorème a différentes applications. Citons-en
deux qui sont essentielles en classe de quatrième et encore par la
suite au lycée (voire plus\ldots).
%\newpage
 
\subsubsection{Première application}
\noindent La première application du théorème réciproque de
Pythagore est qu'il sert à démontrer qu'un triangle est rectangle.\\
 
\begin{exemple} \'Etant donné un triangle $FGH$ dont les
longueurs des côtés sont $FG=5$, $GH=12$ et $FH=13$, alors on a\\
\begin{center}
\begin{tabular}{l|r}
  %\hline
  % after \\: \hline or \cline{col1-col2} \cline{col3-col4} ...
  $FH^2=13^2=169$ & $FG^2+GH^2=5^2+12^2=25+144=169$
  %\hline
\end{tabular}
\end{center}
%\newpage
Ainsi, on a
                        $$FH^2=FG^2+GH^2$$
D'après la réciproque du théorème de Pythagore, on en conclut que
le triangle $FGH$ est rectangle en $G$.
\end{exemple}
 
\begin{remarque} Comme dans l'utilisation du raisonnement par
contraposition, on doit écrire les calculs des carrés des
longueurs des côtés du triangle séparément pour la même raison :
on ne peut pas écrire une égalité si on ne sait pas qu'elle est
vraie avant de l'écrire.
\end{remarque}
 
%\newpage
 
\subsubsection{Deuxième application}
\noindent Comme nous l'avons vu dans la partie précédente, ce
théorème permet de démontrer qu'un triangle est rectangle
connaissant les longueurs de ses trois côtés. Qui dit triangle
rectangle, dit droites \textit{perpendiculaires}, et il est donc
naturel d'utiliser, lorsque les données de l'énoncé d'un exercice
le permettent, la réciproque du théorème de Pythagore pour
démontrer que deux droites sont perpendiculaires. Cela constitue
notre deuxième application.
 
\begin{exemple} Considérons la figure suivante où les segments $[BC]$,
$[DB]$ et $[DC]$ mesurent respectivement 10, 24 et 26. Démontrer
que les droites $(BD)$ et $(BC)$ sont perpendiculaires.
\begin{figure}[h!]
\begin{minipage}[t]{1\linewidth}
\begin{center}
\pspicture(-1,-1)(4.5,3.5)
%    \psgrid
\rput{25}{
    \pstGeonode[PointSymbol=none,PosAngle={-135,-90,180}](0,0){B}(4,0){C}(0,3){D}
    \pstLineAB[nodesep=-1.5]{B}{C}
    \pstLineAB[nodesep=-1]{B}{D}
    \pstLineAB[linestyle=dashed]{D}{C}
    }
\endpspicture
\end{center}
\end{minipage}
   \caption{\textit{Illustration de la \emph{2\ieme} application}}
\end{figure}
 
\begin{multicols}{2}
\noindent On sait que $BC=10$ cm, $DB=24$ cm et $DC=26$ cm. On a
$$
\begin{array}{l|rcl}
               & DB^2+BC^2& = &24^2+10^2 \\
 DC^2=26^2=676 &          & = &576+25 \\
               &          & = &676 \\
\end{array}
$$
On a alors $DC^2=DB^2+BC^2$, et donc on peut conclure d'après le
théorème réciproque de Pythagore que le triangle $DCB$ est un
triangle rectangle en $B$. Enfin, le triangle $DCB$ étant
rectangle en $B$, l'angle $\widehat{DBC}$ est un angle droit,
c.-à-d. que les droites $(DB)$ et $(BC)$ sont perpendiculaires.
\end{multicols}
\end{exemple}
\end{document}