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caractérisation n°1 d'un rectangle

Posté par
mousse42
30-08-18 à 14:15

Bonjour,

Citation :

Caractérisation n°1 d'un rectangle .
Un parallélogramme qui possède un angle droit est un rectangle.


La preuve consiste à montrer les 7 propriétés ci-dessous en utilisant les axiomes et théorèmes concernant les points, les droites, ainsi que  la méditarice et symétrie axiale.

Citation :
1)  Quatre angles droits
2)  Des côtés opposés parallèles deux à deux
3) Des côtés opposés égaux deux à deux
4) Des diagonales de même longueur
5) Des diagonales qui se coupent en leur milieu
6) Des médiatrices des cotés opposés qui coïncident (d_1, d_2 ) et d_1, d_2 sont perpendiculaires.
7) Des médiatrices des côtés opposés qui sont des axes de symétrie du quadrilatère et passent par le point d'intersection des diagonales



Je rencontre un problème lors de la démonstration du point n°5 :
"Des diagonales qui se coupent en leur milieu"

Dans la démonstration il est dit :


Citation :

Comme (AC) n'est pas parallèle à (BD) (autrement (AC)\slash\slash (BD)\slash\slash\Delta mais comme  (AD)\slash \slash \Delta on aurait (AC)\slash\slash(AD), ce qui signifierait que les point A, C et D sont alignés, absurde)


Je ne comprends pas comment il montre cette implication  (AC)\slash \slash (BD) \implies (AC)\slash\slash (BD)\slash\slash\Delta

De plus si on fixe A, B, et D, et on suppose que (AC)\slash \slash (BD)
 \\
Puisque il existe une seule droite (h) passant par A parallèle à (BD), on déduit que (AC)=(h), il faut donc considérer cette droite (h) et montrer que C\notin (h), j'ai exploité cette piste qui n'a rien donné, je n'ai pas su montrer que s_{(AD)}(C)\in (h)  (avec  s_{(AD)}  la symétrie axiale par rapport à (AD))

Tout ça sans utiliser les propriétés sur les angles, Thalès, ...

caractérisation n°1 d\'un rectangle

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 17:47

Voici une tentative de réponse pour l'existence d'un point d'intersection :

On va montrer qu'il existe un point O tel que O\in (BD)\cap(AC)

Soit   \Delta' la médiatrice de [AD] et [BC],  on considère les demi-plans ouvert \mathcal{P}_A et \mathcal{P}_D de frontière \Delta', tel que \big\{\mathcal{P}_A,\mathcal{P}_D, \Delta'\big\} forme une partition du plan.

Puique B\in \mathcal{P}_A et D\in \mathcal{P}_D, on déduit qu'il existe  un unique point O\in \Delta'\cap (BD)

Puique A\in \mathcal{P}_A et C\in \mathcal{P}_D, on déduit qu'il existe un unique point O'\in \Delta'\cap (AC)

Et puisque s_{\Delta'}(AC)=(BD), on a s_{\Delta'}(O')\in (BD) mais puisque O'\in \Delta', il s'ensuit que s_{\Delta'}(O')=O' \in \Delta', donc O'\in (BD)\cap \Delta'$ donc $O'=O

Posté par
carpediem
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 17:51

salut

tout ça n'est pas très clair : quel est le prérequis ? que veut-on démontrer ?

et je ne comprends pas pourquoi partir de l'hypothèse (AC) // (BD) puisque ABCD est un rectangle (convexe) donc un parallélogramme donc ses diagonales ne sont surement pas parallèles ...

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 18:05

et je termine avec un axiome qui dit que la symétrie axiale conserve les distances,

s_{\Delta'}(A)=D

s_{\Delta'}(O)=O

s_{\Delta'}(C)=B

Donc AO=DO et OC=OB

Et avec le même raisonnement avec la méditrice de [AB] que l'on note  \Delta, on trouve AO=BO et DO=CO

On conclut que AO=DO=OC=OB


Par contre je ne comprends toujours pas le raisonnment par l'absurde proposé, que j'ai noté dans mon 1er message.

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 18:15

Salut Carpediem

Je veux montrer ce théorème

Citation :

Caractérisation n°1 d'un rectangle .
Un parallélogramme qui possède un angle droit est un rectangle.


Je peux simplement utiliser les axiomes et théorèmes relatifs aux points,droites, et symétries axiales.

Oui, je suis d'accord que les diagonales ne sont pas parallèles, mais il faut le démontrer.

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 22:17

Je viens de terminer mais je n'ai pas le courage de tout réecrire sur le forum.


à l'attention des modérateurs

'Puisque je l'ai rédigé sous MiKTex, est-il possible de poster le pdf de la preuve ?

Posté par
cocolaricotte
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 22:52

Pourrais tu avoir l'amabilité de nous recopier correctement ton énoncé :

On me donne une hypothèse très précise
et avec des outils précisés
je dois démontrer que .....

Parce que ton énoncé est plus que vague.

Un rectangle n'est pas seulement un quadrilatère qui a des côtes 2 à 2 parallèles !

Je ne comprends pas quelles sont tes hypothèses et où tu veux arriver !

Posté par
cocolaricotte
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 22:53

Cela dépend de ce que tu prends comme définition d'un rectangle !

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 30-08-18 à 23:02

Citation :

Définition n°1:
On appelle rectangle tout quadrilatère qui possède :
1)  Quatre angles droits
2)  Des côtés opposés parallèles deux à deux
3) Des côtés opposés égaux deux à deux
4) Des diagonales de même longueur
5) Des diagonales qui se coupent en leur milieu
6) Des médiatrices des cotés opposés qui coïncident (d_1, d_2 ) et d_1, d_2 sont perpendiculaires.
7) Des médiatrices des côtés opposés qui sont des axes de symétrie du quadrilatère et passent par le point d'intersection des diagonales


Définition n°2
On appelle parallèlogramme tout quadrilatère dont les cotés opposés sont parallèles deux à deux

Théorème (Caractérisation n°1 d'un rectangle)
Un parallélogramme qui possède un angle droit est un rectangle


Je dois démontrer le théorème c'est à dire montrer les propriétés 1 à 7

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 09:55

Voici la preuve :

Propriété n°1
Puisque (BC)\slash\slash (AD) et (AD)\perp(AB), on déduit que (BC)\perp (AB)

Puisque (AB)\slash\slash (CD) et (BC)\perp (AB), on déduit que (CD)\perp (BC)

Puisque (BC)\slash\slash (AD) et (CD)\perp (BC) , on déduit que (AD)\perp CD)
_____________________________________________________________________________________
Propriété n°2 : Trivial
_____________________________________________________________________________________
Propriété n°3 :  Soit \Delta la médiatrice de [AB] :

(AD)\perp \Delta, (BC)\perp \Delta et s_{\Delta}(A)=B, on déduit que s_{\Delta}[(AD)]=(BC) donc que s_{\Delta}(D)\in (BC)
et puisque (DC)\perp\Delta, on a donc s_{\Delta}(D)\in (CD).

Ainsi on a :s_{\Delta}(D)\in (CD) et s_{\Delta}(D)\in (BC) dit autrement s_{\Delta}(D)\in (CD)\cap (BC) or (CD)\cap (BC)=C, il s'ensuit que s_{\Delta}(D)=C.

On peut donc écrire que s_{\Delta}([AD])=[BC], et puisque la symétrie conserve les distances, on a A D=B C


Le même raisonnement avec \Delta' la médiatrice de [AD] donne par définition s_{\Delta'}(A)=D, et on déduit que s_{\Delta'}(B)=C  et on conclut que  AB=CD

On peut également ajouté que \Delta et \Delta' sont des axes de symétrie du parallèlogramme.(1ère partie de la preuve propriété n°7

Ainsi \Delta est la médiatrice de [AB] et de [CD] et \Delta' la médiatrice de [BC] et de [AD]
Reste à montrer qu'elles sont perpendiculaire pour montrer la propriété n°6

Puisque \Delta\perp(AB) et (AD)\perp(AB) on déduit que \Delta\slash\slash(AD)

et puisque \Delta\slash\slash (AD) et \Delta'\perp (AD) on déduit que \Delta\perp\Delta'

Les points (3) et (6) ont été montrés.
_____________________________________________________________________________________
Propriété n°4 :  On a montré dans (3) que s_{\Delta} ([AC])=[BD] puisque s_{\Delta}(D)=C\iff s_{\Delta}^2(D)=D=s_{\Delta}(C), puisque la symétrie conserve les distances on a AC=BD
_____________________________________________________________________________________

Propriété n°5  On va montrer qu'il existe un point O tel que O\in (BD)\cap(AC)

Soit   \Delta' la médiatrice de [AD] et [BC],  on considère les demi-plans ouvert \mathcal{P}_A et \mathcal{P}_D de frontière \Delta', tel que \big\{\mathcal{P}_A,\mathcal{P}_D, \Delta'\big\} forme une partition du plan.

Puique B\in \mathcal{P}_A et D\in \mathcal{P}_D, on déduit qu'il existe O\in \Delta'\cap (BD)

Puique A\in \mathcal{P}_A et C\in \mathcal{P}_D, on déduit qu'il existe O'\in \Delta'\cap (AC)

Et puisque s_{\Delta'}(AC)=(BD), on a s_{\Delta'}(O')\in (BD) mais puisque O'\in \Delta', il s'ensuit que s_{\Delta'}(O')=O' \in \Delta', donc O'\in (BD)\cap \Delta' donc O'=O

Ainsi on a :

\left\lbrace\begin{array}{l}s_{\Delta'}(A)=D\\s_{\Delta'}(O)=O\\s_{\Delta'}(B)=C\end{array}\right.\iff \left\lbrace\begin{array}{l}AO=DO\\OB=OC\end{array}\right.

Le même raisonnement avec \Delta donne :
\left\lbrace\begin{array}{l}s_{\Delta}(A)=B\\s_{\Delta}(O)=O\\s_{\Delta}(D)=C\end{array}\right.\iff \left\lbrace\begin{array}{l}AO=BO\\OD=OC\end{array}\right.

Il s'ensuit que AO=DO=OC=OB

De plus O\in \Delta\cap\Delta'\cap(BD)\cap (AC), ce qui achève la preuve de la propriété n°7

Posté par
verdurin
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 17:25

Bonsoir mousse42,
ton problème me semble bizarre et je ne comprends pas vraiment quelles sont les hypothèses.

En particulier la propriété 5 est vraie pour tous les parallélogrammes.
C'est même une propriété caractéristique des parallélogrammes.

En fait beaucoup de choses dépendent du fait que tu considères des quadrilatères dont les sommets ne sont pas alignés (implicite 1).
Avec cet implicite les diagonales d'un parallélogramme sont sécantes d'après le cinquième axiome d'Euclide : « par un point extérieur à une droite il passe une et une seule parallèle à cette droite » et l'axiome de Pasch  «  toute droite qui entre dans un triangle en ressort en coupant un côté ».

Posté par
carpediem
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:05

d'ailleurs on peut traduire cette propriété en :

un quadrilatère est un parallélogramme si et seulement si il possède un centre de symétrie

... qui est alors le le milieu commun des diagonales ...

enfin ça reste toujours pas clair puisque :

mousse42 @ 30-08-2018 à 23:02

Citation :

Définition n°1
On appelle rectangle tout quadrilatère qui possède :
1)  Quatre angles droits
2)  Des côtés opposés parallèles deux à deux
3) Des côtés opposés égaux deux à deux
4) Des diagonales de même longueur
5) Des diagonales qui se coupent en leur milieu
6) Des médiatrices des cotés opposés qui coïncident (d_1, d_2 ) et d_1, d_2 sont perpendiculaires.
7) Des médiatrices des côtés opposés qui sont des axes de symétrie du quadrilatère et passent par le point d'intersection des diagonales


Définition n°2
On appelle parallèlogramme tout quadrilatère dont les cotés opposés sont parallèles deux à deux

Théorème (Caractérisation n°1 d'un rectangle)
Un parallélogramme qui possède un angle droit est un rectangle


Je dois démontrer le théorème c'est à dire montrer les propriétés 1 à 7
il y a confusion entre théorème et définition ...

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:15

Oui, en effet je comprends que c'est pas simple, puisque je travaille à partir d'un ouvrage et que vous ne savez pas ce qui a été traité.

En effet, jusque là je considère qu'un quadrilatère est une ligne brisée et fermée possédant 4 sommets distintcs, dont trois consécutifs ne sont pas alignés.

Pour le parallèlogramme, j'utilise la définion donnée plus haut (côtés opposés parallèles deux à deux).

Carpediem, je ne pense pas qu'il y a confusion .

Je démontre le théorème donc je suppose ABCD un paralèlogramme tel que \widehat{A} soit droit.

Dit autrement je suppose (AB)\slash \slash (CD) , (BC)\slash \slash (AD) et  \widehat{A} droit et je montre les 7 propriétés citées plus haut .

Posté par
carpediem
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:20

si ABCD est un parallélogramme alors les propriétés 2/, 3/ et 5/ sont triviales (puisqu'elles caractérisent chacune le parallélogramme)

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:24

Oui, mais la caractérisation du parallèlogramme n'a pas été traité, d'où l'usage de la définition.

C'est ce que j'ai dit, je pensais que l'ouvrage avec lequel je travaille ("géométrie du collège pour les matheux") traitait les sujets dans l'ordre vu au collège, apparemment ce n'est pas le cas!!

Posté par
carpediem
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:38

toujours incompréhensible ....désolé ...

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:43

C'est simple la carectérisation du parallèlogramme apparaît au chapitre 5 du livre et la caractérisation du rectangle au chapitre 4.

Je ne vais donc pas utiliser des choses qui n'ont pas été vu. Dans le livre, les démonstrations utilisent les outils déjà vu c'est à dire une demo du chapitre 3, utilise les théorèmes vu du chapitre 1 au chapitre 3.

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 18:44

mais c'est pas grave, ma demo me semble correcte,  merci quand même

Posté par
verdurin
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 19:41

Bonsoir mousse42.
Ta démonstration me semble correcte.

Mais, d'après ce que tu en montres, je pense du mal de ton livre.
En un sens assez commun, un parallélogramme  est plus général qu'un rectangle.

Être un rectangle est une propriété nécessitant de définir les angles droits alors qu'il n'est pas utile de les définir pour caractériser les parallélogrammes.
Et, en étant très restreint sur les hypothèses ( sans l'axiome de Pasch ), on peut avoir des parallélogrammes dont les diagonales sont parallèles.
Par exemple dans le plan à 4 points.

Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 20:57

Je te remercie verdurin.

Si tu as un autre ouvrage à me proposer sur la géometrie, je suis preneur.

Posté par
verdurin
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 31-08-18 à 22:10
Posté par
mousse42
re : caractérisation n°1 d'un rectangle 01-09-18 à 09:32

merci verdurin



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