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1
Théorème de Thalès et sa réciproque
A
Énoncé du théorème
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Théorème de Thalès
Si (\text{MB}) et (\text{NC}) sont deux droites sécantes en \text{A} telles que les droites (\text{BC} ) et (\text{MN}) sont parallèles alors on a les égalités suivantes :
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Remarques
On repère le sommet commun aux deux triangles (ici le point \text{\color{#5EB45E}A\color{black}}) et les deux droites parallèles (ici \color{#CE422B} (\text{MN}) et \color{#CE422B} (\text{BC}) pour écrire les trois rapports. On a donc : \frac{\mathrm{\color{#5EB45E}A\color{black}M}}{\mathrm{\color{#5EB45E}A\color{black}B}}=\frac{\mathrm{\color{#5EB45E}A\color{black}N}}{\mathrm{\color{#5EB45E}A\color{black}C}}=\frac{\mathrm{\color{#CE422B}MN\color{black}}}{\mathrm{\color{#CE422B}BC\color{black}}}.
Il est également possible d'écrire l'égalité ainsi : \frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{AM}}=\frac{\mathrm{AC}}{\mathrm{AN}}=\frac{\mathrm{BC}}{\mathrm{MN}}.
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B
Énoncé de la réciproque
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Théorème (Réciproque du théorème de Thalès)
Si les points \text{A}, \text{M}, \text{B} et \text{A}, \text{N}, \text{C} sont alignés dans le même ordre et que les rapports \frac{\mathrm{AM}}{\mathrm{AB}} , \frac{\mathrm{AN}}{\mathrm{AC}} et \frac{\mathrm{MN}}{\mathrm{BC}} sont égaux, alors les droites (\text{MN}) et (\text{BC}) sont parallèles.
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Remarques
On calcule les rapports séparément afin de les comparer. Il faut que les deux conditions (l'égalité des trois rapports et l'ordre des points) soient vérifiées pour conclure sur le parallélisme.
Si l'une des deux conditions n'est pas vérifiée alors les droites ne sont pas parallèles.
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Méthodes
Calculer une longueur
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Énoncé
Sur la figure suivante, on sait que (\mathrm{NM}) / /(\mathrm{GF}). Calculer les deux longueurs \text{EF} et \text{EN} manquantes.
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Solution
On sait que les droites (\text{GN}) et (\text{FM}) sont sécantes en \text{E} et, de plus, que (\mathrm{MN}) / /(\mathrm{GF}).
D'après le théorème de Thalès, \frac{\mathrm{EF}}{\mathrm{EM}}=\frac{\mathrm{EG}}{\mathrm{EN}}=\frac{\mathrm{FG}}{\mathrm{MN}}.
Ainsi, \frac{\mathrm{EF}}{2}=\frac{4,5}{\mathrm{EN}}=\frac{2,7}{2,5}.
D'où \mathrm{EF}=\frac{2 \times 2,7}{2,5}=2,16 \: \mathrm{cm} et \mathrm{EN}=\frac{4,5 \times 2,5}{2,7}=\frac{25}{6} \approx 4,17 \: \mathrm{cm}.
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Méthode
On écrit les conditions d'application du théorème.
On écrit ensuite les égalités des rapports.
On calcule les valeurs manquantes à l'aide de produits en croix.
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Montrer que deux droites sont ou ne sont pas parallèles
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Énoncé
Sur la figure ci‑dessous, on sait que les points \text{F}, \text{O}, \text{D} et \text{E} sont alignés ainsi que les points \text{G}, \text{O}, \text{B} et \text{C}.
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On donne les longueurs suivantes : \mathrm{OB}=7,2 \: \mathrm{cm}, \mathrm{OC}=10,8 \: \mathrm{cm}, \mathrm{OD}=6 \: \mathrm{cm}, \mathrm{OE}=9 \: \mathrm{cm}, \mathrm{OG}=3 \: \mathrm{cm} et \mathrm{OF}=2 \: \mathrm{cm}.
1. Démontrer que les droites (\text{BD}) et (\text{CE}) sont parallèles.
2. Les droites (\text{GF}) et (\text{BD}) sont‑elles parallèles ? Justifier.
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Solution
1. Les points \text{O}, \text{B}, \text{C} et \text{O}, \text{D}, \text{E} sont alignés dans le même ordre.
D'une part, \frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{OC}}=\frac{7,2}{10,8}=\frac{2}{3} et d'autre part, {\frac{\mathrm{OD}}{\mathrm{OE}}=\frac{6}{9}=\frac{2}{3}}.
Comme \frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{OC}}=\frac{\mathrm{OD}}{\mathrm{OE}}, alors, d'après la réciproque du théorème de Thalès, les droites (\mathrm{BD}) et (\mathrm{CE}) sont parallèles.
2. Les points \text{F}, \text{O}, \text{D} et \text{G}, \text{O}, \text{B} sont alignés dans le même ordre.
D'une part, \frac{\mathrm{OF}}{\mathrm{OD}}=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} et d'autre part, \frac{\mathrm{OG}}{\mathrm{OB}}=\frac{3}{7,2}=\frac{5}{12}.
Comme \frac{\mathrm{OF}}{\mathrm{OD}} \neq \frac{\mathrm{OG}}{\mathrm{OB}}, alors, l'égalité de Thalès n'est pas vérifiée
donc les droites (\mathrm{FG}) et (\mathrm{BD}) ne sont pas parallèles.
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Méthode
On vérifie que les points sont alignés dans le même ordre
On compare les rapports séparément.
Si les rapports sont égaux, alors les droites sont parallèles. Si les rapports sont différents, alors les droites ne sont pas parallèles.
On conclut.
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2
Configurations particulières
A
Agrandissement et réduction
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Définitions
Si, pour une figure \text{F} donnée, on multiplie toutes les longueurs par un nombre k strictement positif, alors on obtient :
un agrandissement si k \gt 1 ;
une réduction si 0 \lt k \lt 1.
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Propriétés
Lors d'un agrandissement (ou d'une réduction) de rapport k :
1. la mesure des angles, le parallélisme et la perpendicularité sont conservés ;
2. les aires sont multipliées par k^2.
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Remarque
Si k=1 alors la figure reste identique.
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B
Triangles semblables
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Définition
Deux triangles sont semblables si leurs angles sont égaux deux à deux.
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Remarque
Sachant que la somme des angles d'un triangle est égale à 180°, il est suffisant de démontrer l'égalité pour deux paires d'angles, l'égalité des troisièmes s'en déduisant.
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Exemple
Sur la figure ci‑dessous, comme \widehat{\mathrm{TRI}}=\widehat{\mathrm{GAN}}, \widehat{\mathrm{RTI}}=\widehat{\mathrm{GNA}} et \widehat{\mathrm{RIT}}=\widehat{\mathrm{AGN}}, alors les triangles \text{TRI} et \text{AGN} sont semblables.
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Propriété
Si deux triangles sont semblables alors les longueurs des côtés de l'un sont proportionnelles aux longueurs des côtés de l'autre.
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Remarque
Ce coefficient de proportionnalité est appelé le coefficient d'agrandissement ou de réduction.
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Méthodes
Appliquer les propriétés des agrandissements
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Énoncé
Sur un plan, un terrain est représenté par le triangle rectangle suivant.
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1. Calculer l'aire de ce triangle.
2. 1 cm sur le plan équivaut à 2,3 m dans la réalité. En déduire l'aire réelle du terrain.
3. Dans la réalité, un chemin menant à ce terrain mesure 5,75 m. Quelle est sa longueur sur le plan ?
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Méthode
1. On utilise la formule {\mathcal{A}_{\text {triangle }}=\frac{\text { base } \times \text { hauteur }}{2}}.
2. Si 1 cm sur le plan représente 2,3 m, soit 230 cm, dans la réalité, alors le coefficient d'agrandissement est k = 230. Ainsi, les aires sont multipliées par k^2.
3. Si 1 cm représente 2,3 m, soit 230 cm, dans la réalité, alors le coefficient de réduction est k^{\prime}=\frac{1}{230}. Les longueurs sont multipliées par k^{\prime}.
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Démontrer que deux triangles sont semblables ou non
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Énoncé
Soient \text{ABC} un triangle tel que \widehat{\mathrm{BAC}}=48^{\circ} et \widehat{\mathrm{ABC}}=50^{\circ} et \text{DEF} un triangle tel que \widehat{\mathrm{EDF}}=50^{\circ} et \widehat{\mathrm{EFD}}=82^{\circ}.
De plus, on sait que \widehat{\mathrm{HGI}}=58^{\circ} et \widehat{\mathrm{KJL}}=58^{\circ}.
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1. Montrer que les triangles \text{ABC} et \text{DEF} sont semblables.
2. Les triangles \text{GHI} et \text{JKL} sont‑ils semblables ?
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Solution
1. Dans le triangle \text{ABC}, \widehat{\mathrm{ACB}}=180-48-50=82^{\circ}. On remarque que \widehat{\mathrm{ACB}}=\widehat{\mathrm{EFD}} et \widehat{\mathrm{ABC}}=\widehat{\mathrm{EDF}}. Donc les triangles \text{ABC} et \text{DEF} sont semblables.
2. Le triangle \text{GHI} est isocèle en \text{G} donc \widehat{\mathrm{GHI}}=\widehat{\mathrm{GIH}}=\frac{180-58}{2}=61^{\circ}. Le triangle \text{KJL} est isocèle en \text{K} donc \widehat{\mathrm{KJL}}=\widehat{\mathrm{KLJ}}=58^{\circ} et \widehat{\mathrm{JKL}}=64^{\circ}. Les angles ne sont pas deux à deux égaux, donc les triangles \text{GHI} et \text{JKL} ne sont pas semblables.
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Méthode
1. On détermine la mesure du troisième angle d'un des triangles en utilisant la somme des mesures des angles d'un triangle qui est égale à 180°. On compare ensuite les angles deux à deux. On conclut.
2. On détermine la mesure de chacun des angles en utilisant les propriétés des triangles isocèles. On compare les mesures d'angles des deux triangles. On conclut.
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