Quadrilatère orthodiagonal, cerf-volant, pseudo-carré, quadrilatère inscriptible, antiparallélogramme.
Sommaire1. Définitions Quadrilatères au lycée2.1. Centre de gravité d'un quadrilatère Extrait du programme de sixième |
TrapèzeParallélogrammePage no 114, réalisée le 28/11/2007, mise à jour le 4/12/2008 | ||||
Faire de la géométrie dynamique |
GéoPlan Parallélogramme |
GéoPlan |
Construction à |
Problèmes de construction |
GéoPlan |
Convexe |
en : quadrilateral |
Polygone convexe : polygone plan dont les sommets sont dans un même demi-plan par rapport à n'importe quel côté du polygone. Quadrilatère convexe, concave, croiséUn quadrilatère ABCD est un polygone qui a quatre côtés [AB], [BC], [CD] et [DA]. Un quadrilatère est convexe si les deux diagonales sont à l'intérieur du quadrilatère. |
QuadrilatèreLe quadrilatère ABCD est un polygone convexe qui a : Télécharger la figure GéoPlan quadrilatere.g2w |
Quadrilatère completLe quadrilatère complet a formé avec les points A, B, C et D, a : Télécharger la figure GéoPlan quadri_complet.g2w (quadrilatère nu), quadri_complet_diag.g2w (quadrilatère avec les diagonales) |
Quadrangle
Les quatre points A, B, C et D sont les sommets du quadrangle. Les six droites joignant les points deux à deux sont les côtés du quadrangle. Si le quadrangle est complet, les trois points diagonaux I, E et F sont les intersections des paires de côtés opposés. Télécharger la figure GéoPlan quadrangle.g2w |
Quadrilatère completDéfinition : un quadrilatère complet est formé de quatre droites du plan se coupant, deux à deux, en six points. Remarques (Lycée 1S-TS) : deux des points peuvent être « à l'infini ». Le quadrilatère est alors un parallélogramme. L'étude de ce cas particulier ne présente pas d'intérêt dans le plan projectif. Ici, nous considérons le quadrilatère complet strict où deux quelconques des quatre droites ne sont pas parallèles, trois quelconques ne sont concourantes : Lycée 1S-TS, voir : plan projectif QuadrangleUn quadrangle est la figure formée par quatre points A, B, C, D tels que trois quelconques d'entre eux ne soient pas alignés : ce sont les sommets du quadrangle. |
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Quadrilatère gaucheC'est un quadrilatère dont les quatre sommets n'appartiennent pas au même plan. Cercle inscritPour qu'un quadrilatère convexe possède un cercle inscrit, il faut que ses bissectrices soient concourantes. Leur point d'intersection est alors le centre du cercle. Un point de ce cercle se trouve en traçant la projection orthogonale de ce centre, sur l'un des côtés du quadrilatère. Quadrilatères particuliersOn peut classer les quadrilatères suivant les longueurs des côtés ou des diagonales, le parallélisme des côtés (trapèze, parallélogramme) ou leurs angles, l'orthogonalité des diagonales (cerf-volant), les éléments de symétrie (antiparallélogramme) ou l'inscription d'un cercle. En classe de 5ème se fait l'étude du parallélogramme, préparée en 6ème par les cas particuliers losange, rectangle ou carré. Quadrilatères usuelsTrapèze : quadrilatère convexe ayant deux côtés opposés parallèles ; les deux côtés parallèles sont les bases : la grande base et la petite base. Certains imposent comme condition supplémentaire la convexité du quadrilatère, ce qui conduit exclut le « trapèze croisé ». Télécharger la figure GéoPlan trapeze.g2w Propriété Cas particuliers Un trapèze rectangle est un trapèze qui possède un angle droit. Télécharger la figure GéoPlan trapeze_rect.g2w Trapèze isocèle
Un quadrilatère est un trapèze isocèle si c'est un trapèze et s'il vérifie l'une des propriétés équivalentes suivantes : Télécharger la figure GéoPlan trapeze_isocele.g2w Les côtés non parallèles se coupent en I, point situé sur l'axe de symétrie. Les points I, J et les milieux M et P des côtés parallèles sont alignés (cas particulier du théorème du trapèze complet, classe de 1S). Deux droites parallèles coupent un cercle selon un trapèze isocèle ; voir : Voir : aire du trapèze Parallélogramme - cas particuliers : losange, rectangle ou carré. Cerf-volant, pseudo-carré, antiparallélogramme, chevron, quadrilatère orthodiagonal, quadrilatère inscriptible. Quadrilatères quelconquesChevron : ABMC est un exemple de quadrilatère non convexe : la diagonale [BC] est à l'extérieur du quadrilatère. Si M est un point à l'intérieur d'un triangle ABC et A’ le point d'intersection de (AM) et de (BC),
Télécharger la figure GéoPlan chevron.g2w Technique GéoPlan : calcul de l'aire d'un quadrilatère convexeIl n'y pas de fonction dans le logiciel pour calculer l'aire d'un quadrilatère. Avec GéoPlan, comme souvent dans la vie courante, on peut le décomposer en deux triangles le long d'une des diagonales. Calculer l'aire de chacun des triangles formés par cette diagonale et deux côtés consécutifs correspondants, puis additionner les deux aires. s1 aire du triangle ABC (unité de longueur Uoxy) Il est aussi possible de transformer un quadrilatère convexe en triangle. 2. Quadrilatère orthodiagonalQuadrilatère dont les diagonales sont perpendiculaires. |
Quadrilatère orthodiagonal convexe |
Chevron orthodiagonal non convexe |
Autre chevron |
Quadrilatère orthodiagonal inscrit dans un rectangle. |
Chevron inscrit dans un rectangle. |
Quadrilatère orthodiagonal croisé. |
Cas particuliers : pseudo-carré, cerf-volant, losange, carré. |
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Aire du quadrilatère orthodiagonal non croiséLe quadrilatère orthodiagonal convexe ABCD de la figure de gauche est inscrit dans un rectangle. (Conforme au cas général étudié au lycée : l'aire d'un quadrilatère convexe est égale au demi-produit des diagonales multiplié par le sinus de l'angle qu'elles forment – Le sinus d'un angle droit vaut 1.) Ce résultat est encore valable pour les chevrons orthodiagonaux : L'aire d'un quadrilatère orthodiagonal ABCD, non croisé, est égale à la moitié du produit des longueurs des diagonales : AC × BD. Ce calcul ne permet pas de trouver l'aire d'un quadrilatère orthodiagonal croisé – Le décomposer en deux triangles de part et d'autre du point d'intersection des diagonales. Exemple de calcul d'aire d'un quadrilatère non convexe, non croisé, voir : prenons de la hauteur |
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3. Cerf-volant |
Classe de sixième |
En géométrie plane, le cerf-volant est un quadrilatère orthodiagonal symétrique par rapport à une de ses diagonales. On le nomme aussi rhomboïde : quadrilatère en forme de losange. |
Pointe de flèche. |
Le cerf-volant ABCD étant un quadrilatère orthodiagonal non croisé, son aire est égale à la moitié du produit des longueurs de ses diagonales : La pointe de flèche, cerf-volant concave, ne doit pas être écartée de l'étude des quadrilatères en classe de 6ème. Cas particuliers : losange, carré. Cercle inscritClasse de troisième Soit ABCD un cerf-volant convexe, tracer le point I, intersection de la bissectrice de l'angle ABC – angle de côtés de longueurs différentes – avec l'axe de symétrie (AC) du cerf-volant. I est le centre du cercle inscrit dans le triangle ABC, et en raison de la symétrie, ce cercle est inscrit dans le quadrilatère. Le cercle inscrit est construit grâce au point H, projection orthogonale de son centre I sur le côté [AB]. Télécharger les figures GéoPlan cerf_volant.g2w, cerf_volant_cercle_inscrit.g2w 4. Pseudo-carréQuadrilatère orthodiagonal dont les deux diagonales sont de même longueur. |
Le pseudo-carré convexe est inscrit dans un carré. L'aire du pseudo-carré ABCD est égale à la moitié de celle du carré, de côté la longueur d'une diagonale : Aire(ABCD) = AC2. |
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Exemples, voir : quadrilatère de Varignon, Carrés de Varignon |
Cas particulier : carré. |
Télécharger la figure GéoPlan pseudo_carre.g2w |
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5. Quadrilatère inscriptible - Points cocycliques |
Classe de 3ème |
Définitions Des points cocycliques sont situés sur un même cercle. Un quadrilatère est inscriptible si (et seulement si) deux angles opposés sont égaux ou supplémentaires. Pour les figures, voir la page : angles inscrits 6. Théorème de PtoléméeThéorème : un quadrilatère convexe est inscriptible, si et seulement si la somme des produits des côtés opposés est égale au produit des diagonales. Avec les notations de la figure ci-contre : AB × CD + BC × DA = AC × BD. Démonstration, voir : cercle en seconde Télécharger la figure GéoPlan ptolemee.g2w Sommaire 7. Quadrilatère inscriptible orthodiagonalThéorème de Brahmagupta (mathématicien indien du VIIème siècle) : si les diagonales d'un quadrilatère inscriptible sont perpendiculaires l'une à l'autre et se coupent en un point O, une droite passant par O et perpendiculaire à l'un quelconque des côtés coupe le côté opposé en son milieu. Démonstration, voir : cercle en seconde Cercle des huit points d'un quadrilatère orthodiagonal, voir : 1S : produit scalaire Télécharger la figure GéoPlan qua_insc.g2w 8. Bissectrices d'un quadrilatèreLes intersections des bissectrices intérieures d'un quadrilatère forment un quadrilatère inscriptible. Démonstration Calcul d'angles au lycée Montrer que s = (, ) + (, ) = π (2π). Par angles égaux (éventuellement opposés par le sommet) on a : La somme des angles d'un triangle étant égale à π, dans les triangles MAD et PCB on a : Les bissectrices partagent en deux les angles du quadrilatère : La somme des angles du quadrilatère est 2π : Les angles (, ) et (, ) sont supplémentaires. Le quadrilatère MNPQ est inscriptible. Télécharger la figure GéoPlan bissectrice_quadrilatere.g2w 9. AntiparallélogrammeUn antiparallélogramme ABCD est un quadrilatère croisé dont les côtés opposés sont de même longueur deux à deux : AB = CD et AD = CB. Dans un antiparallélogramme les angles opposés ont la même mesure. Les diagonales (AC) et (BD) sont parallèles. L'antiparallélogramme admet un axe de symétrie qui est la médiatrice des diagonales. Deux côtés opposés ont leur point d'intersection situé sur cette médiatrice. Le quadrilatère convexe ABDC formé par les deux côtés non croisés et les diagonales est un trapèze isocèle. Un antiparallélogramme est un quadrilatère inscriptible (les quatre sommets sont cocycliques car les angles ABC et ADC sont égaux). Un antiparallélogramme, n'étant pas convexe, n'est pas un parallélogramme. Télécharger la figure GéoPlan antiparallelogramme.g2w Figure articuléeAD = BC = a ; AB = CD = b ; a > b. Si les sommets A, B, C et D sont articulés, la figure varie, mais le produit p = DB × CA reste constant. Démonstration : elle se fait, après le bac, en considérant la puissance du point C par rapport au cercle de centre B passant par A : Télécharger la figure GéoPlan antiparallelogramme_puissance.g2w Quadrilatères au lycée2.1. Centre de gravité d'un quadrilatèreDéfinition : les médianes sont les segments reliant les milieux de deux côtés opposés d'un quadrilatère Propriété : les deux médianes et le segment joignant les milieux des diagonales sont concourants au point G, centre de gravité du quadrilatère, qui est leurs milieux. Télécharger la figure GéoPlan quad_f16.g2w Voir : théorème de Varignon 2.2 Médiatrices d'un quadrilatèreLes médiatrices d'un quadrilatère ABCD se coupent en P, Q, R et S. Déplacer les points A, B, C ou D avec GéoPlan. Étudier les cas particuliers. Le point P est confondu avec Q, qu'en est-il de R et S. Montrer que les points A, B, C, D sont alors cocycliques sur un cercle de centre P. |
Les angles BAD et SPQ sont supplémentaires… Commande GéoPlan : taper C pour le cercle circonscrit à BCD. Télécharger la figure GéoPlan quadri_mediatrice.g2w |
Médiatrices d'un parallélogramme(PQ) et (RS) sont parallèles… Télécharger la figure GéoPlan para_mediatrice.g2w |
Médiatrices d'un cerf-volantABCD est un cerf-volant d'axe de symétrie (BD). Télécharger la figure GéoPlan cerf_volant_mediatrice.g2w |
Médiatrices d'un losangePQRS est aussi un losange ayant les mêmes diagonales que ABCD. Télécharger la figure GéoPlan losange_mediatrice.g2w |
– Connaître les propriétés relatives aux côtés, aux angles, aux diagonales pour le rectangle, le carré et le losange. |
La symétrie axiale est mise en jeu pour mettre en évidence certaines propriétés. |
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