Eclats de vers : Matemat : Triangles

Index mathématique

Retour à l’accueil

Table des matières

1. Définition

Un triangle est une figure géométrique délimitée par trois segments reliant trois points pour former un circuit fermé. Chaque point du circuit est appelé sommet du triangle, tandis que chaque segment est appelé côté du triangle.

triangle.svg

Le schéma ci-dessous représente un exemple de triangle de sommets \(A\), \(B\) et \(C\) délimité par les côtés de longueurs :

\[ a = \abs{BC} \]

\[ b = \abs{CA} \]

\[ c = \abs{AB} \]

On définit généralement un triangle par la liste de ces sommets. Le triangle du schéma ci-dessus est appelé triangle \(ABC\).

2. Classification

2.1. Triangle rectangle

Un triangle rectangle est un triangle dont un des angles est un angle droit.

Le schéma ci-dessous donne un exemple de triangle rectangle :

triangle-rectangle.svg

Dans un triangle rectangle :

  • le plus long côté est appelé hypothénuse
  • les deux autres côtés, appelés cathètes, sont adjacents à l’angle droit

Dans notre schéma, le côté \(c\) est l’hypothénuse, tandis que \(a\) et \(b\) sont les cathètes.

2.2. Triangle isocèle

Un triangle isocèle est un triangle qui possède deux côtés de longueurs égales.

Le schéma ci-dessous donne un exemple de triangle isocèle :

triangle-isocele.svg

2.3. Triangle équilatéral

Un triangle équilatéral est un triangle dont les trois côtés sont de longueurs égales

Le schéma ci-dessous donne un exemple de triangle équilatéral :

triangle-equilateral.svg

2.4. Triangle acutangle

Un triangle acutangle est un triangle dont tous les angles sont aigus

Le schéma ci-dessous donne un exemple de triangle acutangle :

triangle-acutangle.svg

2.5. Triangle obtusangle

Un triangle obtusangle est un triangle dont un des angles est obtus

Le schéma ci-dessous donne un exemple de triangle obtusangle :

triangle-obtusangle.svg

3. Objets géométriques liés au triangle

3.1. Hauteur

Une hauteur est un segment qui part d’un sommet du triangle et qui est perpendiculaire au côté opposé.

Le schéma ci-dessous représente un triangle \(ABC\) et une hauteur \(h\) qui part du sommet \(C\) pour rejoindre perpendiculairement le côté \([A,B]\) :

hauteur-triangle.svg

3.1.1. Hauteur extérieure

Dans le cas où la hauteur progresse vers un côté du triangle adjacent à un angle obtus, on est amené à tracer la droite qui prolonge ce côté pour pouvoir construire la hauteur. Le schéma ci-dessous nous en donne un exemple, avec la hauteur \(h\) qui part du sommet \(C\) et progresse vers la droite \(d\) prolongeant le côté \([A,B]\) :

hauteur-exterieure-triangle.svg

Les points \(A\), \(B\) et \(D\) sont alignés sur la droite \(d\).

3.2. Médiane

Une médiane est un segment qui part d’un sommet du triangle jusqu’au milieu du côté opposé.

Le schéma ci-dessous représente un triangle \(ABC\) et une médiane \(m\) qui part du sommet \(C\) pour rejoindre le milieu \(D\) du côté \([A,B]\) :

mediane-triangle.svg

On a donc :

\[ \abs{AD} = \abs{DB} \]

3.3. Médiatrice

Une médiatrice d’un triangle est tout simplement la médiatrice d’un des côtés.

Le schéma ci-dessous représente un triangle \(ABC\) et une médiatrice \(m\) qui croise perpendiculairement le côté \([A,B]\) en son milieu :

mediatrice-triangle.svg

3.4. Bissectrice

Une bissectrice d’un triangle est une droite qui passe par un de ses sommets et qui coupe l’angle lié à ce sommet en deux parties égales.

Le schéma ci-dessous représente un triangle \(ABC\) et une bissectrice \(b\) qui passe par le sommet \(A\) et coupe l’angle \(\angleflex{BAC}\) en deux angles \(\alpha\) d’amplitudes égales :

bissectrice-triangle.svg

4. Angles

4.1. Somme des angles d’un triangle

La figure ci-dessous représente un triangle \(ABC\), une droite \(a\) qui prolonge le côté \([A,B]\) et une droite \(b\) parallèle à \(a\) :

somme-angles-triangle.svg

La notation des angles tient compte de l’égalité des angles alternes-internes formés par les droites \(a\), \(b\), \(c\) et \(d\).

Ce schéma nous montre que les angles \(\alpha\), \(\beta\) et \(\gamma\) forment ensemble un angle plat :

\[ \alpha + \beta + \gamma = 180^\circ \]

Ces trois angles ayant les mêmes amplitudes que les angles internes du triangle \(ABC\), on en déduit que la somme des angles d’un triangle vaut 180°.

4.2. Triangle rectangle

angles-triangle-rectangle.svg

Dans le cas d’un triangle rectangle, un des angles vaut \(\pi/2\) et leur somme s’écrit :

\[ \alpha + \beta + \frac{\pi}{2} = \pi \]

ou encore :

\[ \alpha + \beta = \pi - \frac{\pi}{2} \]

et finalement :

\[ \alpha + \beta = \frac{\pi}{2} \]

Les angles non droits d’un triangle rectangle sont complémentaires.

5. Inégalités triangulaires

Soit le triangle \(ABC\) suivant :

inegalites-triangulaires.svg

L’inégalité triangulaire des distances nous garantit qu’il est toujours plus court d'aller directement du point \(A\) au point \(B\) plutôt que de passer par un point intermédiaire \(C\). On a donc l'inégalité triangulaire :

\[ \abs{AB} \le \abs{AC} + \abs{CB} \]

Il en va de mēme pour aller du point \(A\) au point \(C\) en passant ou non par \(B\) :

\[ \abs{AC} \le \abs{AB} + \abs{BC} \]

ou pour aller du point \(B\) au point \(C\) en passant ou non par \(A\) :

\[ \abs{BC} \le \abs{BA} + \abs{AC} \]

En isolant \(\abs{BC} = \abs{CB}\) dans les deux premières équations, on obtient :

\[ \abs{BC} \ge \abs{AB} - \abs{AC} \]

\[ \abs{BC} \ge \abs{AC} - \abs{AB} \]

ou, sous forme plus condensée :

\[ \abs{BC} \ge \max \big\{ \abs{AB} - \abs{AC}, \abs{AC} - \abs{AB} \big\} \]

En suivant le même raisonnement pour \(\abs{AB} = \abs{BA}\) dans les deuxième et troisième inégalités triangulaires, on obtient :

\[ \abs{AB} \ge \max \big\{ \abs{AC} - \abs{BC}, \abs{BC} - \abs{AC} \big\} \]

En suivant le même raisonnement pour \(\abs{AC}\) dans les première et troisième inégalités triangulaires, on obtient :

\[ \abs{AC} \ge \max \big\{ \abs{AB} - \abs{BC}, \abs{BC} - \abs{AB} \big\} \]

Dans notre exemple, on a clairement :

\[ \abs{AB} \ge \abs{BC} \ge \abs{CA} \]

et :

\[ \abs{AB} - \abs{AC} \ge 0 \qquad \qquad \qquad \abs{AC} - \abs{AB} \le 0 \]

\[ \abs{BC} - \abs{AC} \ge 0 \qquad \qquad \qquad \abs{AC} - \abs{BC} \le 0 \]

\[ \abs{AB} - \abs{BC} \ge 0 \qquad \qquad \qquad \abs{BC} - \abs{AB} \le 0 \]

ce qui nous donne les bornes inférieures :

\[ \abs{BC} \ge \abs{AB} - \abs{AC} \]

\[ \abs{AB} \ge \abs{BC} - \abs{AC} \]

\[ \abs{AC} \ge \abs{AB} - \abs{BC} \]

Nous avons donc montré que :

  • la longueur de chacun des côtés d’un triangle est inférieure ou égale à la somme des longueurs des deux autres côtés.
  • la longueur de chacun des côtés d’un triangle est supérieure ou égale à la différence entre le plus long et le plus court des deux autres côtés

6. Triangles isométriques

6.1. Définition

Deux triangles sont dits isométriques si leur côtés correspondants sont de même longueur et leurs angles correspondants de même amplitude. Le schéma ci-dessous nous en montre un exemple :

triangles-isometriques.svg

avec :

\[ a_1 = a_2 \]

\[ b_1 = b_2 \]

\[ c_1 = c_2 \]

et :

\[ \alpha_1 = \alpha_2 \]

\[ \beta_1 = \beta_2 \]

\[ \gamma_1 = \gamma_2 \]

Remarque : deux côtés ou angles correspondants sont aussi qualifiés d’homologues.

6.2. Notation

Si deux triangles \(T_1\) et T2$ sont isométriques, on le note :

\[ T_1 \cong T_2 \]

Remarque : attention à ne pas confondre le symbole d’isométrie \(\cong\) avec l’égalité approximative \(\approx\) ou \(\simeq\).

6.3. Équivalence

On vérifie aisément que la relation d’isométrie est une équivalence.

7. Triangles semblables

7.1. Définition

Deux triangles sont dits semblables si leurs côtés sont proportionnels, c’est-à-dire si les rapports de leurs côtés correspondants sont les mêmes, et si leurs angles correspondants sont de même amplitude. Le schéma ci-dessous nous en montre un exemple :

triangles-semblables.svg

On a alors la proportion commune :

\[ \varphi = \frac{a_2}{a_1} = \frac{b_2}{b_1} = \frac{c_2}{c_1} \]

et les angles :

\[ \alpha_1 = \alpha_2 \]

\[ \beta_1 = \beta_2 \]

\[ \gamma_1 = \gamma_2 \]

7.2. Isolation des longueurs

En isolant les longueurs du grand triangle \(DEF\) dans les relations de la proportion commune, on obtient :

\[ a_2 = \varphi \ a_1 \]

\[ b_2 = \varphi \ b_1 \]

\[ c_2 = \varphi \ c_1 \]

7.3. Différences de longueurs

Le triangle \(DEF\) est clairement plus grand que le triangle \(ABC\). On a donc :

\[ \varphi = \frac{a_2}{a_1} = \frac{b_2}{b_1} = \frac{c_2}{c_1} > 1 \]

Ces différences de longueurs sont donc strictement positives :

\[ \difference a = a_2 - a_1 \]

\[ \difference b = b_2 - b_1 \]

\[ \difference c = c_2 - c_1 \]

7.3.1. Petit triangle comme référence

Comparons la différence de longueurs \(\difference a\) avec la longueur correspondante du petit triangle \(ABC\) :

\[ \frac{\difference a}{a_1} = \frac{a_2 - a_1}{a_1} \]

Il vient :

\[ \frac{\difference a}{a_1} = \frac{a_2}{a_1} - \frac{a_1}{a_1} = \frac{a_2}{a_1} - 1 \]

Comme le rapport dans le membre de droite vaut \(\varphi\), on a finalement :

\[ \frac{\difference a}{a_1} = \varphi - 1 \]

Posons :

\[ \rho = \varphi - 1 \]

Le rapport précédent peut se réécrire :

\[ \frac{\difference a}{a_1} = \rho \]

On a aussi :

\[ \frac{\difference b}{b_1} = \frac{b_2}{b_1} - 1 = \varphi - 1 = \rho \]

et :

\[ \frac{\difference c}{c_1} = \frac{c_2}{c_1} - 1 = \varphi - 1 = \rho \]

Les différences de longueurs entre le plus grand triangle et le plus petit respectent la proportion commune :

\[ \rho = \frac{\difference a}{a_1} = \frac{\difference b}{b_1} = \frac{\difference c}{c_1} \]

de valeur :

\[ \rho = \varphi - 1 \]

7.3.2. Grand triangle comme référence

Comparons la différence de longueurs \(\difference a\) avec la longueur correspondante du grand triangle \(DEF\) :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = \frac{a_2 - a_1}{a_2} \]

Il vient :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = \frac{a_2}{a_2} - \frac{a_1}{a_2} = 1 - \frac{a_1}{a_2} \]

Comme le rapport dans le membre de droite vaut \(1/\varphi\), on a finalement :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = 1 - \unsur{\varphi} = \frac{\varphi - 1}{\varphi} \]

Posons :

\[ \omega = 1 - \unsur{\varphi} = \frac{\varphi - 1}{\varphi} \]

Le rapport précédent peut se réécrire :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = \omega \]

On a aussi :

\[ \frac{\difference b}{b_2} = 1 - \frac{b_1}{b_2} = 1 - \unsur{\varphi} = \omega \]

et :

\[ \frac{\difference c}{c_2} = 1 - \frac{c_1}{c_2} = 1 - \unsur{\varphi} = \omega \]

Les différences de longueurs entre le plus grand triangle et le plus petit respectent la proportion commune :

\[ \omega = \frac{\difference a}{a_2} = \frac{\difference b}{b_2} = \frac{\difference c}{c_2} \]

de valeur :

\[ \omega = \frac{\varphi - 1}{\varphi} \]

Comme \(\varphi \ge 1\), on a les bornes :

\[ 0 \le 1 - \unsur{\varphi} < 1 \]

ou :

\[ 0 \le \omega < 1 \]

Remarque : on aurait aussi pu partir de :

\[ \frac{\difference a}{a_1} = \rho = \varphi - 1 \]

isoler \(\difference a\) :

\[ \difference a = (\varphi - 1) \ a_1 \]

et diviser par \(a_2\) :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = (\varphi - 1) \ \frac{a_1}{a_2} \]

comme \(a_1 / a_2 = 1/\varphi\), on obtient le même résultat que précédemment :

\[ \frac{\difference a}{a_2} = \frac{\varphi - 1}{\varphi} \]

Le raisonnement est similaire pour \(\difference b / b_2\) et \(\difference c / c_2\).

7.4. Proportions internes

Divisons \(a_2\) par \(b_2\) et remplaçons ces longueurs par leurs expressions en fonctions de \(\varphi\) et des longueurs du petit triangle \(ABC\) :

\[ \frac{a_2}{b_2} = \frac{\varphi \ a_1}{\varphi \ b_1} \]

En simplifiant, il vient :

\[ \frac{a_2}{b_2} = \frac{a_1}{b_1} \]

Le rapport des longueurs des deux premiers côtés est le même dans les deux triangles. En utilisant la même méthode avec \(a_2\) et \(c_2\), on obtient :

\[ \frac{a_2}{c_2} = \frac{a_1}{c_1} \]

Enfin, en utilisant la même méthode avec \(b_2\) et \(c_2\), on obtient :

\[ \frac{b_2}{c_2} = \frac{b_1}{c_1} \]

Les proportions internes entre les longueurs des côtés sont les mêmes dans les deux triangles.

Auteur: chimay

Created: 2026-03-14 sam 11:35

Validate