Mathématiques 2de

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Théorème de Ménélaüs

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Énoncé

Soient \mathrm{A}(-3\: ; 3), \mathrm{B}(3\: ;-1) et \mathrm{C}(1\: ; 5) trois points non alignés du plan muni d'un repère orthonormé. On note \text{A}', \text{B}' et \text{C}' les points tels que : \overrightarrow{\mathrm{A}' \mathrm{B}}=a \overrightarrow{\mathrm{A}' \mathrm{C}}, \overrightarrow{\mathrm{B}' \mathrm{C}}=b \overrightarrow{\mathrm{B}' \mathrm{A}} et \overrightarrow{\mathrm{C}'\text{A}}=c \overrightarrow{\mathrm{C}' \mathrm{B}}a, b et c sont des nombres réels différents de 1.
Questions préliminaires :

1. En utilisant \overrightarrow{\mathrm{BA}'}=\overrightarrow{\mathrm{BC}}+\overrightarrow{\mathrm{CA}'}, montrer que \overrightarrow{\mathrm{BA}'}=\dfrac{a}{a-1} \overrightarrow{\mathrm{BC}}.


2. Exprimer les coordonnées de \text{A}' en fonction de a, celles de \text{B}' en fonction b et celles de \text{C}' en fonction de c.
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Objectif

Le but de cette activité est de conjecturer, en utilisant une des deux méthodes, une relation entre les coefficients a , b et c pour que les points \text{A}' , \text{B}' et \text{C}' soient alignés.
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Méthode 1
GeoGebra

L'utilisation de GeoGebra va nous permettre de faire varier a , b et c , et d'observer immédiatement les conséquences pour essayer de dégager une conjecture.
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1. Construire les points \text{A}, \text{B} et \text{C}.
2. Créer trois curseurs nommés a , b et c , (incrémentation de 0{,}01, min = -10 , max = 10 ) avec la commande
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.

3. À l'aide des questions préliminaires, placer les points \text{A}', \text{B}' et \text{C}' puis tracer la droite (\text{A}'\text{B}'). Par exemple, pour le point \text{A}', on peut écrire :

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4. Dans chacun des cas suivants, conjecturer une valeur de c pour que les points \text{A}', \text{B}' et \text{C}' soient alignés.
  • a = -0{,}5 et b = 0{,}4
  • a = 0{,}2 et b = -5
  • a = 4 et b = -0{,}5


  • 5. Faire d'autres tests et conjecturer une relation entre les coefficients a , b et c pour que les points \text{A}', \text{B}' et \text{C}' soient alignés.
    Indication : tester différentes opérations entre les 3 coefficients (ex : a + b + c ).
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    Méthode 2
    Tableur

    Le tableur va nous permettre de tester différentes valeurs de a et b en fixant la valeur de c, et d'essayer d'en extraire une conjecture. Dans cette méthode, nous allons fixer la valeur c = 0{,}5 . 1. Calculer les coordonnées de \text{C}'.


    2. Exprimer les coordonnées de \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}} et \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{C}^{\prime}} en fonction de a et b .


    3. Dans un tableur, reproduire le tableau ci-dessous (la première colonne étant les valeurs de a et la première ligne, les valeurs de b).

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    4. Dans la case B2, écrire une formule qui permet de calculer le déterminant de \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}} et \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{C}^{\prime}} quand a = -2 et b = -2 puis étirer cette cellule pour calculer le déterminant pour toutes les cellules à l'écran en s'aidant des cellules A2 et B1 et en n'oubliant pas d'utiliser le symbole \bf{\$}.

    5. Pour quelles valeurs de a et b les vecteurs \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}} et \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{C}^{\prime}} sont-ils colinéaires (sans oublier que c = 0{,}5 ) ?


    6. Conjecturer une relation entre les coefficients a , b et c pour que les points \text{A} , \text{B} et \text{C} soient alignés.
    Indication : tester différentes opérations entre les 3 coefficients (ex : a + b + c ).
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    Pour aller plus loin

    En fixant une valeur de c, écrire un programme avec Python qui calcule le déterminant de \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}} et \overrightarrow{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{C}^{\prime}} et le produit abc pour toutes les valeurs de a et b entre –2 et 2 avec un pas de 0{,}1.
    
    

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