Théorème de Thalès Cours

Théorème de Thalès

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20 minutes
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Objectifs du chapitre

Le théorème de Thalès doit son nom au philosophe, astronome et mathématicien grec Thalès de Milet (env. 600 ans avant J.C.). S'il n'est pas l'« inventeur » de ce théorème qui était déjà connu des babyloniens, Thalès l'aurait utilisé pour mesurer la hauteur de la grande pyramide de Kheops.

Le théorème de Thalès permet de calculer des distances dans une configuration géométrique comportant des droites parallèles.

La réciproque du théorème de Thalès sert à démontrer que deux droites sont parallèles en calculant des rapports de distances.

1. Théorème de Thalès

Théorème de Thalès

Si $ A, B, C, D, E $ sont cinq points tels que :

  • les points $ A, B, D $ et les points $ A, C, E $ sont alignés
  • les droites $ \left(BC\right) $ et $ \left(DE\right) $ sont parallèles

alors :

$ \dfrac{AB}{AD}=\dfrac{AC}{AE}=\dfrac{BC}{DE} $

Remarque

Deux configurations différentes peuvent se présenter selon l'ordre des points $ A, B, D $ et $ A, C, E $. Il faut être capable de repérer chacune de ces configurations dans les exercices de géométrie.

Théorème de Thalès — deux configurations

Remarque

  • Il est important de bien faire attention à l'ordre des points. On pourra s'aider en notant la correspondance entre les points. Dans les deux figures ci-dessus :

    Points $ A $ $ B $ $ C $
    Correspondent à $ A $ $ D $ $ E $

    Par conséquent :

    Longueurs $ AB $ $ AC $ $ BC $
    Correspondent à $ AD $ $ AE $ $ DE $

Exemple

Exemple théorème de Thalès

Sur la figure ci-dessus, on sait que $ OL=6 $cm,$ OI=4 $cm et $ IJ=2 $cm et que les droites $ \left(IJ\right) $ et $ \left(KL\right) $ sont parallèles.

Quelle est la longueur du segment $ \left[KL\right] $ ?

  • les points $ O, J, K $ et les points $ O, I, L $ sont alignés
  • les droites $ \left(IJ\right) $ et $ \left(KL\right) $ sont parallèles

Par conséquent, d'après le théorème de Thalès :

$ \dfrac{OJ}{OK}=\dfrac{OI}{OL}=\dfrac{IJ}{KL} $

On remplace les longueurs dont on connaît les mesures :

$ \dfrac{OI}{OL}=\dfrac{\color{red}{4}}{\color{red}{6}}=\dfrac{\color{red}{2}}{KL} $

L'égalité $ \dfrac{4}{6}=\dfrac{2}{KL} $ nous permet de trouver $ KL $ («quatrième proportionnelle ») :

$ KL=\dfrac{2\times 6}{4}=3 $cm.

2. Réciproque du théorème de Thalès

Théorème (Réciproque du théorème de Thalès)

Si $ A, B, C, D, E $ sont cinq points tels que les points $ A, B, D $ et les points $ A, C, E $ sont alignés dans le même ordre.

Si $ \dfrac{AB}{AD}=\dfrac{AC}{AE} $ alors, les droites $ \left(BC\right) $ et $ \left(DE\right) $ sont parallèles.

Réciproque du théorème de Thalès

Remarque

  • Ce théorème sert à démontrer que deux droites sont parallèles.
  • Si $ \dfrac{AB}{AD}\neq \dfrac{AC}{AE} $ alors, les droites $ \left(BC\right) $ et $ \left(DE\right) $ ne sont pas parallèles ; cela ne résulte toutefois pas de la réciproque du théorème de Thalès mais c'est une conséquence du théorème de Thalès lui-même (en effet d'après le théorème de Thalès si les droites $ \left(BC\right) $ et $ \left(DE\right) $ étaient parallèles on aurait $ \dfrac{AB}{AD}= \dfrac{AC}{AE} $ - voir la fiche méthode « Déterminer si deux droites sont parallèles » ).

Exemple

Réciproque du théorème de Thales : exemple

Dans la figure ci-dessus, on sait que $ OI=6{,}2 $cm,$ OJ=5{,}6 $cm, $ OK=6{,}8 $cm et $ OL=7{,}2 $cm.

Les droites $ \left(IJ\right) $ et $ \left(KL\right) $ sont-elles parallèles ?

Méthode : On calcule séparément $ \dfrac{OI}{OL} $ et $ \dfrac{OJ}{OK} $

$ \dfrac{OI}{OL}=\dfrac{6{,}2}{7{,}2}=\dfrac{62}{72}=\dfrac{31}{36} $

$ \dfrac{OJ}{OK}=\dfrac{5{,}6}{6{,}8}=\dfrac{56}{68}=\dfrac{14}{17} $

$ \dfrac{OI}{OL} \neq \dfrac{OJ}{OK} $ (si vous n'êtes pas sûr, vérifiez à la calculatrice !) donc les droites $ \left(IJ\right) $ et $ \left(KL\right) $ ne sont pas parallèles.

3. Théorème des milieux

Théorème des milieux

Dans un triangle, si une droite passe par les milieux de deux côtés, alors elle est parallèle au troisième côté, et le segment qui joint ces deux milieux mesure la moitié de ce troisième côté.

Triangle ABC avec I milieu de [AB] et J milieu de [AC] ; le segment [IJ] est parallèle à [BC]

Remarque

Le théorème des milieux est un cas particulier du théorème de Thalès, correspondant à un rapport de réduction égal à $ \dfrac{1}{2} $.

  • Réciproque : dans un triangle, la droite qui passe par le milieu d'un côté et qui est parallèle à un deuxième côté coupe le troisième côté en son milieu.

Exemple

Sur la figure ci-dessus, $ I $ est le milieu de $ \left[AB\right] $ et $ J $ le milieu de $ \left[AC\right] $.

D'après le théorème des milieux, les droites $ \left(IJ\right) $ et $ \left(BC\right) $ sont donc parallèles. De plus, si $ BC=6 $cm, alors :

$ IJ=\dfrac{BC}{2}=\dfrac{6}{2}=3 $cm.

Lien avec l'agrandissement et la réduction

Dans une configuration de Thalès, le petit triangle est une réduction du grand (ou le grand, un agrandissement du petit). Le rapport de Thalès est exactement le coefficient $ k $ de cet agrandissement ou de cette réduction : chaque longueur du triangle réduit s'obtient en multipliant la longueur correspondante du grand triangle par $ k $. On a une réduction si $ k<1 $ et un agrandissement si $ k>1 $.

Les questions essentielles

1. Comment calculer une longueur avec le théorème de Thalès ?

Il faut repérer la configuration de Thalès (droites parallèles et points alignés), écrire l'égalité des trois rapports, puis utiliser le produit en croix pour trouver la longueur inconnue.

Voir la fiche méthode : Calculer des longueurs avec le théorème de Thalès

2. Comment démontrer que deux droites sont parallèles avec Thalès ?

On calcule séparément deux rapports de longueurs. S'ils sont égaux et que les points sont dans le même ordre, on conclut avec la réciproque du théorème de Thalès. S'ils sont différents, les droites ne sont pas parallèles.

Voir la fiche méthode : Déterminer si deux droites sont parallèles (Thalès)

3. Comment calculer une longueur qui n'est pas un côté du triangle ?

Quand la longueur cherchée n'est pas directement un côté (par exemple $ BD $ au lieu de $ AD $), on l'exprime en fonction des côtés du triangle (par exemple $ AD = AB + BD $), puis on résout l'équation obtenue.

Voir la fiche méthode : Calculer une longueur intermédiaire avec Thalès

4. Comment mesurer une distance inaccessible avec le théorème de Thalès ?

On modélise la situation par un schéma géométrique en identifiant des droites parallèles (verticales, ombres, perpendiculaires). On retrouve alors une configuration de Thalès qui permet de calculer la distance cherchée.

Voir la fiche méthode : Calculer une distance inaccessible avec le théorème de Thalès