Soit un triangle $ABC$ quelconque, on désigne par:
Si l'un des angles a pour mesure $\dfrac{\pi}{2}$, on retrouve la relation de Pythagore, en effet si par exemple $\widehat{A}=\dfrac{\pi}{2}$, alors le triangle $ABC$ est rectangle en $A$ et on a: $a^2=b^2+c^2+2bc\cos(\dfrac{\pi}{2})=b^2+c^2$.
Soit un triangle $ABC$ et $I$ le milieu de $[BC]$, alors on a:
Etant donné un triangle $ABC$, l'aire $S$ du triangle est calculée par:
$\dfrac{1}{2}bc\sin(\widehat{A})=\dfrac{1}{2}ac\sin(\widehat{B})=\dfrac{1}{2}ab\sin(\widehat{C}).$
On a par ailleurs:
$\dfrac{a}{\sin(\widehat{A})}=\dfrac{b}{\sin(\widehat{B})}=\dfrac{c}{\sin(\widehat{C})}$.
Un vecteur normal est un vecteur non nul orthogonal à un vecteur directeur de cette droite.
Soit $A$ un point et $\overrightarrow{n}$ un vecteur non nul du plan.
Dans un repère orthonormé, soient deux droites $\delta$ et $\delta'$ d'équations cartésiennes respectives $ax+by+c=0$ et $a'x+b'y+c'=0$, on a:
$\delta$ et $\delta'$ sont perpendiculaires $\Leftrightarrow$ $aa'+bb'=0$.
Nous savons que:
Dans un repère orthonormé, considérons une droite $\delta$ d'équation cartésienne $ax+by+c=0$ avec $(a;b)\not=(0;0)$
, et soit le point $A(x_0;y_0)$, si on note $\mathcal{D}(\delta;A)$ la distance du point $A$ à la droite $\delta$, on a:
$\mathcal{D}(\delta;A)=\dfrac{|ax_0+by_0+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}$.
Le vecteur $\overrightarrow{n}=\begin{pmatrix}a\\b\\ \end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de la droite $\delta$ d'équation cartésienne $ax+by+c=0$.
Les vecteurs $\overrightarrow{n}$ et $\overrightarrow{AH}$ sont colinéaires, donc $(\overrightarrow{n};\overrightarrow{AH})=0~~[\pi]$, on en déduit que:
$\overrightarrow{n}.\overrightarrow{AH}$ $=||\overrightarrow{n}||\times AH\times \cos(\overrightarrow{n};\overrightarrow{AH})$
$=\sqrt{a^2+b^2}\times AH\times\cos(\overrightarrow{n};\overrightarrow{AH})$ et donc $|\overrightarrow{n}.\overrightarrow{AH}|=\sqrt{a^2+b^2}\times AH$.
Calculons le produit scalaire $\overrightarrow{n}.\overrightarrow{AH}$ d'un autre façon.
$\overrightarrow{n}.\overrightarrow{AH}$ $=a(x_H-x_A)+b(y_H-y_A)$ $=ax_H+by_H-ax_A-by_A$.
Nous savons par définition que $H\in\mathcal{P}$, étant le projeté orthogonal de $A$ sur $\delta$. Donc $ax_H+by_H+c=0$, donc $ax_H+by_H=-c$.
Nous en déduisons que $\overrightarrow{n}.\overrightarrow{AH}$ $=-c-ax_A-by_A$ $=-(ax_A+by_A+c)$.
Conclusion: $\sqrt{a^2+b^2}\times AH$ $=|-(ax_A+by_A+c)|$ $=|ax_A+by_A+c|$.
On a: $AH=\dfrac{|ax_A+by_A+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}$.
Dans un repère orthonormé, soit un point $I(x_0;y_0)$ et soit un réel $r$ strictement positif $r>0$.
Le cercle $\mathcal{C}$ de centre $I$ et de rayon $r$ est l'ensemble des points $M(x;y)$ du plan tel que $IM=r$.
Le cercle $\mathcal{C}$ de centre $I$ et de rayon $r$ admet pour équation cartésienne l'équation:
$(x-x_0)^2+(y-y_0)^2=r^2$.
$\mathcal{C}:x^2+y^2-2x_0x-2y_0y+x_0^2+y_0^2-r^2=0$.
Dans un repère orthonormé, soit un point $I(x_0;y_0)$ et soit un réel $r$ strictement positif $r>0$.
Considérons $\mathcal{C}$ le cercle de centre $I$ et de rayon $r$.
$M(x;y)\in\mathcal{C}$ $\Leftrightarrow$ $IM=r$ $\Leftrightarrow$ $IM^2=r^2$.
Nous savons que $IM^2=(x_M-x_I)^2+(y_M-y_I)^2=(x-x_0)^2+(y-y_0)^2$.
Donc $M(x;y)\in\mathcal{C}$ $\Leftrightarrow$ $(x_M-x_I)^2+(y_M-y_I)^2=(x-x_0)^2+(y-y_0)^2$.
En développant l'expression $(x-x_0)^2+(y-y_0)^2$, on obtient l'équivalence:
$M(x;y)\in\mathcal{C}$ $\Leftrightarrow$ $x^2+y^2-2x_0x-2y_0y+x_0^2+y_0^2-r^2=0$.
donc on dit que le cercle $\mathcal{C}$ a pour équation catésienne $x^2+y^2-2x_0x-2y_0y+x_0^2+y_0^2-r^2=0$.
On écrit cela de façon mathématique: $\mathcal{C}:x^2+y^2-2x_0x-2y_0y+x_0^2+y_0^2-r^2=0$.
Le but de l'activité ci-contre est de retrouver le cercle parmi les cinq proposés grâce à son équation catésienne. Cliquer sur le bon cercle!
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Plaçons nous dans un repère orthonormé. On a $A(x_A;y_B)$ et $B(x_B;y_B)$.
On a $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{MB}=0$ $\Leftrightarrow$ $\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{BM}=0$.
$\overrightarrow{AM}\begin{pmatrix}x-x_A\\y-y_A\\ \end{pmatrix}$ et $\overrightarrow{BM}\begin{pmatrix}x-x_B\\y-y_B\\ \end{pmatrix}$, donc on a:
$\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{BM}=0$ $\Leftrightarrow$ $(x-x_A)(x-x_B)+(y-y_A)(y-y_B)=0$ $\Leftrightarrow$
$x^2+y^2-(x_A+x_B)x-(y_A+y_B)y+x_Ax_B+y_Ay_B$
$x^2+y^2-(x_A+x_B)x-(y_A+y_B)y+x_Ax_B+y_Ay_B$ $\Leftrightarrow$ $\bigg(x-\dfrac{x_A+x_B}{2}\bigg)^2+\bigg(y-\dfrac{y_A+y_B}{2}\bigg)^2-\bigg(\dfrac{x_A+x_B}{2}\bigg)^2-\bigg(\dfrac{y_A+y_B}{2}\bigg)^2+x_Ax_B+y_Ay_B$
$\Leftrightarrow$ $\bigg(x-\dfrac{x_A+x_B}{2}\bigg)^2+\bigg(y-\dfrac{y_A+y_B}{2}\bigg)^2-\bigg(\dfrac{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2}{4}\bigg)$
$\Leftrightarrow$ $\bigg(x-\dfrac{x_A+x_B}{2}\bigg)^2+\bigg(y-\dfrac{y_A+y_B}{2}\bigg)^2=\dfrac{AB^2}{4}=\bigg(\dfrac{AB}{2}\bigg)^2$
Donc Le point $M$ appartient au cercle de centre $I\bigg(\dfrac{x_A+x_B}{2};\dfrac{y_A+y_B}{2}\bigg)$ et de rayon $\dfrac{AB}{2}$.
Donc le point $M$ appartient au cercle de diamètre $[AB]$.
Le cercle de diamètre $[AB]$ est l'ensemble des points $M$ tels que $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{MB}=0$.
Dans un repère orthonormé orthonormé, soient $A(1;3)$ et $B(-3;1)$.
Déterminer l'équation cartésienne du cercle $\mathcal{C}$ de diamètre $[AB]$.
$M(x;y)\in\mathcal{C}$ $\Leftrightarrow$ $\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{BM}=0$.
On a $\overrightarrow{AM}\begin{pmatrix}x-1\\y-3\\ \end{pmatrix}$ et $\overrightarrow{BM}\begin{pmatrix}x+3\\y-1\\ \end{pmatrix}$.
$M(x;y)\in\mathcal{C}$ $\Leftrightarrow$ $(x-1)(x+3)+(y-3)(y-1)=0$ $\Leftrightarrow$ $x^2+y^2+2x-4y=0$.
On a donc $\mathcal{C}:x^2+y^2+2x-4y=0$.