Côté oblique d’un trapèze rectangle

$ABCD$ est un trapèze rectangle en $A$ et en $D$ (les angles $\widehat{DAB}$ et $\widehat{ADC}$ sont droits) tel que :
$AB = 8$ cm, $AD = 5$ cm et $DC = 12$ cm.

Trapèze rectangle ABCD avec AB = 8 cm, AD = 5 cm, DC = 12 cm et BC à calculer
  1. Soit $H$ le pied de la perpendiculaire à $(DC)$ passant par $B$. Quelle est la nature du quadrilatère $ABHD$ ? Justifier puis en déduire $BH$ et $DH$.
  2. Calculer la longueur $HC$.
  3. En déduire la longueur $BC$. Donner une valeur approchée au millimètre.

Corrigé

  1. Le quadrilatère $ABHD$ a quatre angles droits :

    • $\widehat{DAB} = 90^{\circ}$ (donné par l'énoncé) ;
    • $\widehat{ADH} = 90^{\circ}$ (donné par l'énoncé, $H$ est sur $(DC)$) ;
    • $\widehat{BHD} = 90^{\circ}$ (par construction de $H$) ;
    • le quatrième angle est donc également droit.

    $ABHD$ est un quadrilatère qui possède quatre angles droits : c'est un rectangle.

    Dans un rectangle, les côtés opposés ont la même longueur. Donc :
    $BH = AD = 5$ cm
    $DH = AB = 8$ cm

  2. Le point $H$ appartient au segment $[DC]$. Donc :
    $HC = DC - DH = 12 - 8 = 4$ cm
  3. Le triangle $BHC$ est rectangle en $H$. L'hypoténuse est $[BC]$.

    D'après le théorème de Pythagore :
    $BC^2 = BH^2 + HC^2$
    $BC^2 = 5^2 + 4^2$
    $BC^2 = 25 + 16$
    $BC^2 = 41$
    $BC = \sqrt{41}$

    À la calculatrice, $\sqrt{41} \approx 6{,}403$.

    Arrondie au millimètre : $BC \approx 6{,}40$ cm.

Pour réviser : Calculer l'hypoténuse.

Toit en triangle isocèle : chevron et aire des versants

La façade d'une maison a la forme d'un pentagone. Sa toiture, vue de face, forme un triangle isocèle $ABC$ tel que $AB = AC$ (ce sont les chevrons). La base $[BC]$ mesure $6$ m et la hauteur $[AH]$ du toit (depuis le sommet jusqu'au milieu $H$ de $[BC]$) mesure $2$ m.

Toit en triangle isocèle ABC, base BC = 6 m, hauteur AH = 2 m
  1. Calculer la longueur $AB$ d'un chevron, arrondie au centimètre.
  2. La maison mesure $8$ m de long (dans la direction perpendiculaire à la façade). Chaque versant du toit est donc un rectangle de longueur $8$ m et de largeur $AB$.
    Calculer l'aire totale des deux versants du toit, arrondie au $\text{m}^2$.

Corrigé

  1. Comme le triangle $ABC$ est isocèle en $A$, la hauteur $[AH]$ issue de $A$ tombe au milieu de $[BC]$. On a donc $BH = HC = \dfrac{6}{2} = 3$ m.

    La hauteur $[AH]$ est perpendiculaire à $[BC]$, donc le triangle $ABH$ est rectangle en $H$. L'hypoténuse est $[AB]$, le chevron.

    D'après le théorème de Pythagore :
    $AB^2 = AH^2 + BH^2$
    $AB^2 = 2^2 + 3^2$
    $AB^2 = 4 + 9$
    $AB^2 = 13$
    $AB = \sqrt{13}$

    À la calculatrice, $\sqrt{13} \approx 3{,}6056$.

    Arrondie au centimètre : $AB \approx 3{,}61$ m.

  2. Chaque versant est un rectangle de dimensions $8$ m sur $AB$. L'aire d'un versant est :
    $\mathcal{A}_{\text{versant}} = 8 \times AB \approx 8 \times 3{,}6056 \approx 28{,}84 \text{ m}^2$

    L'aire totale des deux versants est :
    $\mathcal{A}_{\text{totale}} = 2 \times \mathcal{A}_{\text{versant}} \approx 2 \times 28{,}84 \approx 57{,}69 \text{ m}^2$

    Arrondie au $\text{m}^2$ : $\mathbf{\mathcal{A}_{\text{totale}} \approx 58 \text{ m}^2}$.

Pour réviser : Calculer l'hypoténuse.

Diagonale d’un téléviseur

Léa achète un téléviseur dont l'écran est un rectangle de largeur $80$ cm et de hauteur $60$ cm.

Téléviseur rectangulaire de 80 cm sur 60 cm avec sa diagonale tracée
  1. Calculer la longueur $AC$ de la diagonale de l'écran en cm.
  2. La taille des téléviseurs est habituellement donnée en pouces (la mesure de leur diagonale). Sachant que $1$ pouce vaut $2{,}54$ cm, donner la taille de ce téléviseur en pouces, arrondie à l'unité.

Corrigé

  1. L'écran est un rectangle, donc l'angle en $B$ est droit. Le triangle $ABC$ est rectangle en $B$.
    L'hypoténuse est $[AC]$, le côté opposé à l'angle droit.

    D'après le théorème de Pythagore :
    $AC^2 = AB^2 + BC^2$
    $AC^2 = 80^2 + 60^2$
    $AC^2 = 6\,400 + 3\,600$
    $AC^2 = 10\,000$
    $AC = \sqrt{10\,000}$

    La diagonale de l'écran mesure $AC = 100$ cm.

  2. On convertit la diagonale en pouces :
    $100 \div 2{,}54 \approx 39{,}37$

    Arrondi à l'unité, ce téléviseur fait $39$ pouces.

Pour réviser : Calculer l'hypoténuse.

Vrai/Faux : Calculs et pièges du théorème de Pythagore

[enonce]
Pour chaque affirmation suivante sur les calculs avec le théorème de Pythagore et les pièges courants, indiquer si elle est Vraie ou Fausse.
[/enonce]

[etape]
Affirmation : Si un triangle est rectangle avec deux côtés de l'angle droit qui mesurent $3$ cm et $4$ cm, alors son hypoténuse mesure $7$ cm.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Correct !
$h^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = 25$, donc $h = \sqrt{25} = 5$ cm, pas $7$ cm.
$7$ correspondrait à $3 + 4$, mais il faut additionner les carrés, pas les longueurs.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Le piège ici est d'additionner directement les longueurs.
Le théorème de Pythagore relie les carrés : $h^{2} = 9 + 16 = 25$ donc $h = 5$ cm.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. L'hypoténuse vaut $5$ cm car $h^{2} = 9 + 16 = 25$, pas $7$ cm.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Dans le triangle $ABC$ rectangle en $A$ avec $AB = 8$ cm et $BC = 10$ cm, on a $AC^{2} = 10^{2} - 8^{2}$.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
$BC$ est l'hypoténuse, donc $BC^{2} = AB^{2} + AC^{2}$.
On isole $AC^{2}$ par soustraction : $AC^{2} = BC^{2} - AB^{2} = 10^{2} - 8^{2}$. La formule est correcte.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Rappel : pour calculer un côté de l'angle droit, on isole son carré en soustrayant le carré de l'autre côté de celui de l'hypoténuse.
La relation $BC^{2} = AB^{2} + AC^{2}$ donne bien $AC^{2} = BC^{2} - AB^{2}$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Comme $BC$ est l'hypoténuse, on a bien $AC^{2} = BC^{2} - AB^{2} = 10^{2} - 8^{2}$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Pour calculer une longueur après avoir trouvé son carré, on divise par $2$.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
Pour passer du carré au nombre, on utilise la racine carrée, pas la division par $2$.
Par exemple, si $h^{2} = 36$, alors $h = \sqrt{36} = 6$ (et non $36 \div 2 = 18$).[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Attention à ne pas confondre l'opération « racine carrée » avec « diviser par $2$ ».
Si $h^{2} = 36$, alors $h = \sqrt{36} = 6$, pas $18$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Pour passer du carré au nombre, on utilise la racine carrée, pas une division par $2$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Si on cherche un côté de l'angle droit, on additionne les carrés des deux autres côtés.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
Quand on cherche un côté de l'angle droit, on soustrait : son carré s'obtient en retirant le carré de l'autre côté de l'angle droit du carré de l'hypoténuse.
On additionne uniquement quand on cherche l'hypoténuse.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Il ne faut pas confondre les deux situations.
Pour l'hypoténuse : on additionne. Pour un côté de l'angle droit : on soustrait au carré de l'hypoténuse.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Pour calculer un côté de l'angle droit, on soustrait : addition réservée à l'hypoténuse.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Si dans un triangle rectangle l'hypoténuse mesure $\sqrt{50}$ cm, c'est qu'on a fait une erreur de calcul.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
$\sqrt{50}$ est une valeur exacte parfaitement valide. Quand le carré de l'hypoténuse n'est pas un carré parfait, on conserve la racine.
Par exemple, si les côtés de l'angle droit sont $1$ et $7$ : $h^{2} = 1 + 49 = 50$, donc $h = \sqrt{50}$ cm.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Rappel : toutes les longueurs ne sont pas des nombres entiers ou décimaux.
Les valeurs exactes sous forme de racine carrée (comme $\sqrt{50}$) sont parfaitement acceptables.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Une longueur peut avoir une valeur exacte sous forme de racine, comme $\sqrt{50}$ cm.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Dans le triangle $RST$ rectangle en $R$ avec $RS = 5$ cm et $RT = 12$ cm, on a $ST = 13$ cm.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]C'est bien ça !
$[ST]$ est l'hypoténuse, donc $ST^{2} = 5^{2} + 12^{2} = 25 + 144 = 169$.
$\sqrt{169} = 13$, donc $ST = 13$ cm.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Vérifie le calcul : $ST^{2} = 25 + 144 = 169$ et $\sqrt{169} = 13$.
$(5, 12, 13)$ est un triplet pythagoricien classique à mémoriser.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. $ST^{2} = 25 + 144 = 169$, donc $ST = 13$ cm.
[/solution]
[/etape]

QCM : Calculer l’hypoténuse

[enonce]
Ce QCM porte sur le calcul de la longueur de l'hypoténuse dans un triangle rectangle. Pour chaque question, choisissez la bonne réponse parmi les quatre propositions.
[/enonce]

[etape]
Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$ avec $AB = 3$ cm et $AC = 4$ cm. Quelle est la longueur de $BC$ ?
[qcm]
[option]$7$ cm[/option]
[option correct="true"]$5$ cm[/option]
[option]$25$ cm[/option]
[option]$\sqrt{7}$ cm[/option]
[reponse statut="correct"]Correct !
$BC^{2} = AB^{2} + AC^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = 25$, donc $BC = \sqrt{25} = 5$ cm.[/reponse]
[reponse motif="$7$ cm"]Non.
On a additionné les longueurs au lieu d'additionner les carrés.
La relation porte sur les carrés des côtés, pas sur les côtés eux-mêmes.[/reponse]
[reponse motif="$25$ cm"]Non.
$25$ correspond à $BC^{2}$, pas à $BC$.
Il manque l'extraction de la racine carrée pour obtenir $BC$.[/reponse]
[reponse motif="$\sqrt{7}$ cm"]Non.
$\sqrt{7}$ correspondrait à la racine de la somme des longueurs ($3 + 4 = 7$).
Or il faut d'abord élever les longueurs au carré, puis additionner.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$BC^{2} = 9 + 16 = 25$ donc $BC = 5$ cm.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Le triangle $RST$ est rectangle en $R$ avec $RS = 6$ cm et $RT = 8$ cm. Quelle est la longueur de l'hypoténuse $[ST]$ ?
[qcm]
[option]$14$ cm[/option]
[option]$48$ cm[/option]
[option correct="true"]$10$ cm[/option]
[option]$2$ cm[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
$ST^{2} = RS^{2} + RT^{2} = 6^{2} + 8^{2} = 36 + 64 = 100$, donc $ST = \sqrt{100} = 10$ cm.[/reponse]
[reponse motif="$14$ cm"]Non.
$14 = 6 + 8$ : on a additionné les côtés sans passer par les carrés.
La somme des longueurs ne donne pas l'hypoténuse.[/reponse]
[reponse motif="$48$ cm"]Non.
$48 = 6 \times 8$ : on a multiplié les côtés au lieu de sommer leurs carrés.
Le théorème porte sur les carrés et leur somme.[/reponse]
[reponse motif="$2$ cm"]Non.
$2 = 8 - 6$ : on a soustrait les côtés.
Pour calculer l'hypoténuse, on additionne les carrés des deux côtés de l'angle droit.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$ST^{2} = 36 + 64 = 100$ donc $ST = 10$ cm.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Le triangle $MNP$ est rectangle en $M$ avec $MN = 5$ cm et $MP = 12$ cm. Quelle est la longueur de $NP$ ?
[qcm]
[option]$17$ cm[/option]
[option]$60$ cm[/option]
[option]$\sqrt{17}$ cm[/option]
[option correct="true"]$13$ cm[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
$NP^{2} = MN^{2} + MP^{2} = 5^{2} + 12^{2} = 25 + 144 = 169$, donc $NP = \sqrt{169} = 13$ cm.[/reponse]
[reponse motif="$17$ cm"]Non.
$17 = 5 + 12$ : on a additionné les longueurs sans utiliser leurs carrés.
Le théorème de Pythagore relie les carrés, pas les côtés directement.[/reponse]
[reponse motif="$60$ cm"]Non.
$60 = 5 \times 12$ : on a multiplié les côtés.
La relation correcte est $NP^{2} = MN^{2} + MP^{2}$, pas $MN \times MP$.[/reponse]
[reponse motif="$\sqrt{17}$ cm"]Non.
$\sqrt{17}$ correspondrait à la racine de $5 + 12$, mais il faut d'abord élever au carré.
La bonne formule est $NP = \sqrt{5^{2} + 12^{2}}$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$NP^{2} = 25 + 144 = 169$ donc $NP = 13$ cm.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Le triangle $EFG$ est rectangle en $E$ avec $EF = 1$ cm et $EG = 1$ cm. Quelle est la valeur exacte de $FG$ ?
[qcm]
[option]$2$ cm[/option]
[option correct="true"]$\sqrt{2}$ cm[/option]
[option]$1$ cm[/option]
[option]$\sqrt{1}$ cm[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
$FG^{2} = 1^{2} + 1^{2} = 1 + 1 = 2$, donc la valeur exacte est $FG = \sqrt{2}$ cm.
$\sqrt{2}$ n'est pas un nombre entier ; on le laisse sous la racine pour la valeur exacte.[/reponse]
[reponse motif="$2$ cm"]Non.
$2$ correspond à $FG^{2}$, pas à $FG$.
Il faut extraire la racine carrée pour obtenir la longueur.[/reponse]
[reponse motif="$1$ cm"]Non.
Si l'hypoténuse mesurait $1$ cm, elle serait égale à un côté de l'angle droit, ce qui est impossible : elle est forcément plus longue.[/reponse]
[reponse motif="$\sqrt{1}$ cm"]Non.
$\sqrt{1} = 1$, ce qui ramène au cas précédent : impossible pour une hypoténuse.
Il faut additionner les carrés, pas un seul.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$FG^{2} = 2$ donc la valeur exacte est $FG = \sqrt{2}$ cm.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Une échelle est posée contre un mur vertical. Le pied de l'échelle est à $1{,}5$ m du mur et l'échelle touche le mur à $2$ m du sol. Quelle est la longueur de l'échelle ?
[qcm]
[option]$3{,}5$ m[/option]
[option correct="true"]$2{,}5$ m[/option]
[option]$0{,}5$ m[/option]
[option]$6{,}25$ m[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
L'échelle, le sol et le mur forment un triangle rectangle (angle droit au pied du mur).
$L^{2} = 1{,}5^{2} + 2^{2} = 2{,}25 + 4 = 6{,}25$, donc $L = \sqrt{6{,}25} = 2{,}5$ m.[/reponse]
[reponse motif="$3{,}5$ m"]Non.
$3{,}5 = 1{,}5 + 2$ : on a additionné les longueurs au lieu de leurs carrés.
La relation porte sur les carrés.[/reponse]
[reponse motif="$0{,}5$ m"]Non.
$0{,}5 = 2 - 1{,}5$ : on a soustrait les côtés.
Pour l'hypoténuse, il faut additionner les carrés, pas les soustraire.[/reponse]
[reponse motif="$6{,}25$ m"]Non.
$6{,}25$ correspond à $L^{2}$, pas à $L$.
Il manque l'étape finale : extraire la racine carrée.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$L^{2} = 6{,}25$ donc $L = 2{,}5$ m.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Le triangle $IJK$ est rectangle en $I$ avec $IJ = 9$ cm et $IK = 12$ cm. Quelle est la longueur $JK$ ?
[qcm]
[option]$21$ cm[/option]
[option]$3$ cm[/option]
[option correct="true"]$15$ cm[/option]
[option]$\sqrt{21}$ cm[/option]
[reponse statut="correct"]C'est bien ça !
$JK^{2} = IJ^{2} + IK^{2} = 9^{2} + 12^{2} = 81 + 144 = 225$, donc $JK = \sqrt{225} = 15$ cm.[/reponse]
[reponse motif="$21$ cm"]Non.
$21 = 9 + 12$ : on a additionné directement les longueurs.
Il faut d'abord élever chaque côté au carré.[/reponse]
[reponse motif="$3$ cm"]Non.
$3 = 12 - 9$ : on a soustrait les côtés.
L'hypoténuse s'obtient en additionnant les carrés, pas par soustraction.[/reponse]
[reponse motif="$\sqrt{21}$ cm"]Non.
$\sqrt{21}$ vient de $\sqrt{9 + 12}$, mais l'addition doit porter sur les carrés.
La bonne formule est $\sqrt{9^{2} + 12^{2}}$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
$JK^{2} = 81 + 144 = 225$ donc $JK = 15$ cm.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]