LES AIRES

§ I. — Mesure des aires des polygones.

373. Chercher l'expression de Faire d'un trapèze, en le considérant comme la ditTérence des deux triangles obtenus en prolongeant jusqu'à leur point de rencontre ses deux côtés non parallèles.

374. Étant données les bases et la hauteur d'un trapèze, calculer les aires des deux triangles dont il est la différence.

375. L'aire d'un trapèze est égale au produit d'un de ses côtés non parallèles par la perpendiculaire abaissée du milieu de l'autre côté sur le premier.

376. Par un point pris sur la bissectrice d'un angle, mener une droite telle, que la partie interceptée par les côtés de l'angle soit minimum ou qu'il en soit de môme de l'aire du triansie déterminé.

377. Dans un angle donné, mener une droite minimum qui intercepte un triangle dont l'aire soit équivalente à un carré donné.

378. Si, dans un triangle rectangle, l'un des angles aigus est égal à ^

d angle droit, Taire du triangle équilatéral construit sur l'hypoténuse est égale à la somme des aires des triangles équilatéraux respectivement construits sur les côtés.

379. On donne un triangle ÂBC ; aux points B et C, et d'un même côté de BC, on mène à cette droite des perpendiculaires BD et CE qu'on prend égales à deux fois la hauteur du triangle ÂBC. Les points F et G étant les milieux des côtés ÂB et ÂC, démontrer que le triangle ABC est équivalent à la somme ou à la diiïérence des triangles BDF, CEG, suivant que ses angles en B et en C sont ou non tous les deux aigus.

380. Les deux triangles opposés, qu'on forme enjoignant un point quelconque pris dans l'intérieur d'un parallélogramme à ses quatre sommets, équivalent ensemble à la moitié du parallélogramme.

QUESTIONS PROPOSÉES. 3q3

381. On donne un rectangle ÂBCD; on prend un point quelconque B sur BC| un point quelconque F sur CD. Démontrer que le rectangle ÂBCD f' luivaut au double du triangle ÂEP, augmenté du rectangle ayant pour dimensions les segments BE et DF.

382. Tout rectangle est moitié du rectangle qui a pour dimensions les diagonales des carrés construits sur ses côtés adjacents.

383. Si, par le milieu E de la diagonale BD d*un quadrilatère ABCD, on mène la parallèle FEG à la seconde diagonale AC, démontrer que la droite AG divise le quadrilatère en deux parties équivalentes.

381. ABCD étant un rectangle, on inscrit dans le triangle ABC'un cercle qui touche AB en E et BC en F; on mène ensuite EH parallèle à AD et FR parallèle à CD. Démontrer que le rectangle RH est la moitié du rcc- Ungle ABCD.

385. Dans un quadrilatère, les perpendiculaires abaissées sur une diagonale des sommets opposés sont égales : on demande de le diviser en quatre triangles équivalents par des droites menées d'un point intérieur aux quatre sommets.

386. Si, des sommets d*un triangle jusqu'aux côtés opposés ou à leurs prolongements, on mène trois droites égales à une longueur donnée et si, d*un point intérieur, des parallèles sont menées à ces droites jusqu'aux mêmes côtés, la somme de ces parallèles e^t égale à la longueur donnée.

387. Si les diagonales d'un quadrilatère inscrit se coupent à angle droit, là somme des produits des côtés opposés représente une aire double de celle du quadrilatère donné.

388. P étant un point quelconque pris dans le plan d un parallélogramme ABCD, démontrer que le triangle PBD est équivalent à la somme (les triangles PAB, PBC.

389. ABCD étant un quadrilatère inscrit, démontrer par les propriétés des aires ta relation connue

Ac ba.ad-+-bcj:d

BU ab.bc-+-a~d7uc'

300. D'un point 0 pris dans Tintérieur d'un triangle ABC, on mène jusqu'aux côtés BC, AC, AB, les droites O^r, 0^, Oc\ puis, par les sommets A , B, C, jusqu'aux mêmes côtés, les parallèles Aa', Bb', Cc\ aux premières droites; démontrer la relation

On Oh Of

\ff' iih' Ce' '

3q4 géométrie plans.

301. Démontrer par les propriétés des aires que, si l'on mène la parallèle cb h la base BG d'un triangle ABC, les droites B 6. Ce, se croisent sur la médiane qui correspond au sommet A .

392. Si l'on inscrit un cercle dans un triangle rectangle, ce triangle est équivalent au rectangle qui a pour dimensions les segments déterminé sur l'hypoténuse par le point de contact du cercle inscrit.

393. Démontrer que l'aire d'un triangle en fonction de ses médianes n • P, 7, est exprimée par la formule

S ^\yJiy}t^-hib^Y -^ av'a' — a* f.*— /.

394. I^ droite qui contient les trois projections d'un point A d'une circonférence 0 sur les côtés d'un triangle équilatéral inscrit passe par h milieu du rayon OA.

395. Dans tout quadrilatère circonscrit à un cercle, la droite qui joini les milieux des diagonales passe par le centre du cercle.

396. Étant données les trois hauteurs /*, /*', A*, d'un triangle, trouver ses trois côtés et sa surface.

397. L'aire d'un triangle est égale au rayon du cercle circonscrit, roul> tiplié par le demi-périmètre du triangle formé en joignant les pieds des hauteurs.

398. Deux triangles ont un sommet commun : quel est le lieu décrit par ce sommet lorsque, les deux bases restant ûxes, la somme ou la différenoe des aires des deux triangles demeure constante? — Discussion. ^ Déduire du résultat obtenu que les milieux des trois diagonales d'un quadrilatère complet sont en ligne droite.

399. Les côtés consécutifs d'un quadrilatère quelconque étant représentés par a, 6, c, d^ et -ses diagonales par m et /?, l'aire de ce quadrilatèro est exprimée pnr la formule

S= - v/(a////i -H a' --ù^-h c' — d') (int/i — a' H- ^^ — c* -f- //') .

Si le quadrilatère est inscriptible et si p désigne son demi-périmètre, cette formule devient

S = }Jkp — f')(p-t>)[p-c)[p — d) .

Si le quadrilatère est un trapèze ayant a et c pour bases, on a

S = -T' ^ ^[b-i'd-ha — c')(ù-hd-i'C—a]{n^c-^ù — d){a'-'C'i-d—ù}

QUESTIONS PROPOSÉES. ig^

iOO. Trouver l'aire d'un quadrilatère quelconque en fonction des deux diagonales et des deux droites qui joignent les milieux des côtés opposés.

401 . Démontrer que l'aire d'un quadrilatère, à la fois inscriptible et cîrconscriptible, est égale à la racine carrée du produit de ses quatre côtés.

§ II. — Comparaison des aires.

402. On donne un triangle rectangle sur les côtés duquel on construit trois carrés; on joint les sommets consécutifs de ces carrés, et l'on demande l'expression de l'aire de la figure totale ainsi formée.

403. Un triangle étant donné, partager sa surface en moyenne et extrême raison par une parallèle à sa base.

404. Sur les côtés ÂB, AC, d'un triangle ABC, on construit des parallélogrammes quelconques ABDE, ACFG, dont on prolonge les côtés DE et FG jusqu'à leur rencontre au point H; démontrer que la somme des aires de ces deux parallélogrammes équivaut à l'aire du parallélogramme qui a pour côtés adjacents BC et une droite égale et parallèle à AH. — Déduire do ce théorème celui du carré de l'hypoténuse.

405. On donne un quadrant AOB et un point P quelconque sur l'arc AB; par ce point P, on mène à cet arc la tangente STP : S est son point d'inlersection avec le rayon OA, T avec le rayon OB. On mène PM perpendiculaire sur OA, et l'on demande de prouver que le triangle AOB est la moyenne proportionnelle des triangles SOT et OMP.

406. Sur les côtés AB, AC, d'un triangle ABC, on marque deux points M et N, et sur la droite MN un point P, tels qu'on ait

BM ANPM AM "* CN "" PiN '

démontrer que le triangle BPC équivaut au double du triangle AMN.

407. Soit un triangle quelconque ABC ; on mène BD perpendiculaire et égale à AB, CE perpendiculaire et égale à AC, et l'on tire DE. Démontrer que la somme des carrés construits sur BC et sur DE équivaut à deux fois la somme des carrés construits sur les côtés AB et AC.

408. Par le milieu de chacune des deux diagonales d'un quadrilatère, on mène une parallèle à l'autre, et l'on joint le point d'intersection de ces doux parallèles aux milieux des quatre côtés ; démontrer que le quadrilatère est ainsi partagé en quatre parties équivalentes.

109. Deux polygones d'un nombre pair de côtés sont équivalents, lorsque leurs cùUb ont les mômes points milieux.

39^) GÉOMÉTRIE PLANB.

410. L*aire d*un polygone d*un nombre pair de côtés ne varie pas, lorsque tous les sommets de rangs pairs ou tous les sommets de rangs impairs décrivent des droites égales, parallèles et de même sens.

AU, Si deux polygones semblables et intérieurs Tun à l'autre ont leurs côtés homologues parallèles, tout polygone à la fois inscrit dans l'un et circonscrit à l'autre a une aire moyenne proportionnelle entre les aires de ces deux polygones.

412. Démontrer que la surface du triangle formé avec les médianes d'un triangle donné est les trois quarts de la surface de ce triangle. — En déduire : i^ qu'entre tous les triangles qui ont la somme de leurs médianes constante, le triangle équilatéral est maximum; 'x** que de tous les triangles équivalents, le triangle équilatéral est celui dans lequel la somme des médianes est minimum.

§ III. — Aires du polygone régulier et du cercle.

413. Trouver en fonction du rayon du cercle circonscrit l'aire du do> décagone régulier.

414. L'aire de l'octogone régulier inscrit dans un cercle équivaut û celle du rectangle qui a pour côtés adjacents les côtés des carrés inscrit et circonscrit.

415. L'aire de l'hexagone régulier inscrit dans un cercle est les trois quarts de celle de l'hexagone régulier circonscrit.

416. L'aire de l'hexagone régulier inscrit est la moyenne proportionnelle de celles des triangles équilatéraux inscrit et circonscrit.

417. Étant donné un polygone régulier, on mène les diagonales qui sous-tendent successivement deux côtés; ces diagonales déterminent par leurs intersections un autre polygone dont on demande la nature, et Taire en fonction de celle du premier polygone.

418. On prend les points B et D à égale distance des extrémités de l'arc d'un quadrant ÂOG, et l'on mène sur OC les perpendiculaires BG et DH ; démontrer que la figure mixtiligne BGHD est équivalente au secteur OBD.

410. Si Ton prend un point G sur le diamètre AB d'un cercle, l'aire comprise entre ce cercle et les cercles décrits sur les segments AC et T.B comme diamètres équivaut au cercle qui a pour diamètre la moyenne proportionnelle des segments AC et CB.

420. Dans des cercles différents, les secteurs dont les angles sont en raison inverse des carrés des rayons sont équivalents.

421. La différence de deux secteurs semblables a pour mesure de son aire le produit de la différence des rayons par Tare concentrique mené à égale distance des arcs considérés.

422. Si des demi-cercles sont décrits sur les trois côtés d'un triangld rectangle comme diamètres, et si l'on tourne vers l'intérieur du triangle ceux décrits sur les côtés de Tangle droit, la somme des segments exté« rieurs correspondant aux côtés de l'angle droit, moins la somme des segments déterminés par l'hypoténuse, équivaut à l'aire commune aux demi-cercles décrits sur les côtés.

423. Des demi-cercles OEDA, OFDB, étant décrits sur les rayons OÂ, OD, d'un quadrant OACB, démontrer : i® que les trois points A, B, D, sont en ligne droite; a^ que les aires ACBD, OEDF, sont équivalentes; y que les aires OFDA, OEDB, équivalent chacune au quart du carré construit sur le rayon OA.

424. Si AB et CD sont deux diamètres perpendiculaires d'un cercle 0, (•t si, du point D comme centre avec DA pour rayon, on décrit un arc do cercle AEB, démontrer que Taire de la lune AEB équivaut à celle du triangle DAB.

425. Dans un triangle rectangle ABC, AD étant la perpendiculaire abais- Si'e du sommet sur l'hypoténuse, démontrer que les cercles inscrits dans les triangles ABD, ACD, sont proportionnels à ces triangles.

426. On donne deux droites qui se coupent en A, et l'on décrit une série de cercles tous tangents à ces deux droites et successivement tangents entre eux ; OA étant la dislance du centre du cercle le plus éloigné au point A, et OB son rayon, la somme des aires de tous les cercles esta

I aire du plus éloigné dans un rapport exprimé par ~.t-.— 7\,7-'

427. Si le diamètre d'un cercle est divisé en n parties égales aux points P,, P„. . . , et si l'on décrit des demi-cercles au-dessus de AB sur les diamètres AP,, AP,,. . ., et au-dessous de AB sur les diamètres BP„ BP„..., le contour de chaque Ggure telle que AP„, BP„ est égal à la circonférence du cercle donné, et l'aire de la môme figure à la /i'*"*' parlie de celle du cercle donné.

428. A étant l'aire d'un polygone régulier inscrit et B l'aire du polygone circonscrit semblable, démontrer que la différence B — A équivaut à l'aire du polygone régulier semblable inscrit dans la circonférence qui a pour diamètre le côté du polygone B, ou encore à l'aire du polygone régulier semblable circonscrit à la circonférence qui a pour diamètre le côté du polygone A.

3q8 GfiOMBTRIB PLANE.

429. CDD étant un triangle rectangle en B dans lequel 6D eât le doublo

de BC, on prolonge BD d'une longueur Da = — } puis encore d'une Ion-

gueur ab = —^; on mène les droites Ca, Cb^ et Ton prolonge BC de telle

sorte que BA = Ca; enfin, par Â, on mène à la droite Cb une parallèle qui coupe en E le prolongement de BD. Démontrer que la longueur BE diffère très-peu de la demi-circonférence dont BG est le rayon, et que le triangle BCB diffère très-peu du cercle correspondant; évaluer les deux différences.

430. A et B désignant les surfaces de deux polygones réguliers sem* blables inscrit et circonscrit à un cercle, et A' et B' celles des deux po« lygones réguliers inscrit et circonscrit d'un nombre de côtés double, démontrer les formules

I /il ' * /' ' \

prouver en outre que B'— A' est < — - — — Déduire des formules ob-

tenues une nouvelle démonstration du théorème de Schwab (300).

431. r et a désignant le rayon et Tapothème d'un polygone régulier, r' et a' le rayon et l'apothème du polygone régulier de même aire et d'un nombre de côtés double, démontrer les formules

— Déduire de ces formules, en partant du carré dont Taire est égale à a, un théorème analogue à celui de Schwab, c'est-à-dire le moyen d'obtenir

une série de nombres tendant vers 4 /—

§ IV. — Problèmes sur les aires.

432. Partager un triangle en parties proportionnelles à des droites données par des parallèles à sa base.

433 Partager un trapèze en parties proportionnelles à des droites données par des parallèles aux bases.

434. Partager un polygone en parties proportionnelles à des nombres donnés par une série de droites parallèles à une droite donnée.

QUESTIONS PROPOSËES. 3qq

435. Partager un triangle en trois triangles équivalents par trois droites menées d'un même point intérieur à ses trois sommets.

436. Par un point pris dans le plan d'un angle donné, mener une droite telle, que le triangle qu'elle détermine par sa rencontre avec les côtés de Tangle soit équivalent à un carré donné.

437. Partager un quadrilatère quelconque en deux parties qui soient dans le rapport de deux droites données, par une parallèle ou une perpendiculaire à Tun de ses côtés.

438. Étant donnés trois points A, B, C, en trouver un quatrième 0 tel, que les surfaces AOC, AOB, BOC, présentent des rapports donnés.

439. Par un point pris sur Tun des côtés d'un polygone, mener une série de droites qui partagent sa surface en un nombre donné de parties équivalentes.

440. Inscrire dans un triangle donné un parallélogramme ayant une aire donnée. — Discussion.

4il. Partager un polygone en n parties équivalentes par une série de droites issues d*un point intérieur.

442. Inscrire dans un cercle donné un trapèze, connaissant son aire et la longueur commune des deux côtés non parallèles.

443. Inscrire dans un cercle donné un rectangle de surface donnée. 4i4. Construire un triangle, connaissant ses angles et sa surface.

445. Après avoir inscrit un carré dans un carré donné, on en inscrit un troisième dans le second obtenu, et ainsi de suite indéfiniment, en adoptant toujours la môme loi d'inscription.

On demande : i* la limite vers laquelle tend la somme des carrés inscrits; a" combien il faut construire de carrés inscrits pour que leur somme soit équivalente à une surface donnée.

446. Étant donné un triangle, on en forme un second en joignant les milieux de ses trois côtés, un troisième en joignant les milieux des trois côtés du second, et ainsi de suite indéfiniment. On demande la limite de la somme de tous les triangles inscrits de cette manière.

447. Construire un triangle équivalent à un triangle donné et tel, que ses sommets soient respectivement situés sur trois droites données.

418. Partager un trapèze en parties proportionnelles à des droites données, par des sécantes coupant les deux bases.

419. Partager un cercle en parties proportionnslles à des nombres donnés, par des rayons.

/qq GÊOMÉI'iUU I>LÀi>K«

450. Partager un cercle en parties proportionnelles à des nombres donnés, par des circonférences concentriques.

451. Partager un triangle en deux parties proportionnelles à des droites données, par une perpendiculaire à Tun des côtés.

452. Partager un triangle en deux parties proportionnelles à des droites données, par une sécante minimum.

453. Partager un triangle quelconque en quatre parties équivalentes, par deux droites perpendiculaires entre elles.

454. Étant donné un cercle, trouver quatre autres cercles dont les rayons soient pro;)ortionnels à des droites données et dont la somme des aires soit équivalente au cercle donné.

455. On donne trois droites en grandeur et en position; trouver un point tel, qu'en le prenant pour sommet commun de trois triangles ayant ces droites pour bases respectives, ces trois triangles soient équivalents.