Pythagore et trigonométrie – Cerf-volant – Brevet Nouvelle-Calédonie 2025

Thomas souhaite construire le cerf-volant représenté par la figure ci-dessous :

Cerf-volant ABCD : A en haut, B en bas, C à gauche, D à droite, E est l'intersection des diagonales sur le segment [AB] avec ED = EC, AB = 50 cm, CD = 40 cm, angle DEB droit, angle EBD = 30^{\circ}

On donne :

  • $ \widehat{DEB} = 90^{\circ} $
  • $ \widehat{EBD} = 30^{\circ} $
  • $ AB = 50 $ cm
  • $ CD = 40 $ cm
  • $ ED = EC $
  1. Calculer BE. On donnera une valeur arrondie au millimètre.
    Rédiger la réponse en faisant apparaître les différentes étapes.

Lorsque Thomas a essayé son cerf-volant, il s'est demandé à quelle altitude il volait. Il a attaché sa corde à un piquet planté dans le sol (point S) puis est allé se placer (point T) parfaitement à la verticale sous son cerf-volant (point H). Il a alors mesuré certaines longueurs et a réalisé le schéma ci-dessous.

Schéma vertical : un piquet en S au sol, un point T au sol situé à 7,60 m à droite de S, le cerf-volant en H à la verticale au-dessus de T ; la corde reliant S à H mesure 20,50 m, la hauteur HT est inconnue
  1. Calculer HT, altitude à laquelle volait son cerf-volant. On donnera une valeur arrondie au mètre. Rédiger la réponse en faisant apparaître les différentes étapes.

Il est conseillé de ne pas utiliser ce cerf-volant lorsque le vent dépasse 20 km/h. La météo annonce un vent ne dépassant pas 15 nœuds.

On donne 1 nœud = 0,514 m/s.

  1. Thomas peut-il faire voler son cerf-volant sans risque dans ces conditions ? Justifier votre réponse.

Corrigé

  1. Comme $ \widehat{DEB} = 90^{\circ} $, le triangle DEB est rectangle en E.

    Comme $ ED = EC $ et que les points C, E, D sont alignés avec $ CD = 40 $ cm, le point E est le milieu de [CD]. On en déduit :

    $ ED = \dfrac{CD}{2} = \dfrac{40}{2} = 20 $ cm.

    Dans le triangle DEB rectangle en E, on connaît l'angle aigu $ \widehat{EBD} = 30^{\circ} $, le côté ED qui lui est opposé, et on cherche le côté BE qui lui est adjacent. On utilise la tangente :

    $ \tan(\widehat{EBD}) = \dfrac{\text{côté opposé}}{\text{côté adjacent}} = \dfrac{ED}{BE} $

    $ \tan(30^{\circ}) = \dfrac{20}{BE} $

    $ BE = \dfrac{20}{\tan(30^{\circ})} $

    À la calculatrice : $ BE \approx 34{,}641 $ cm.

    Arrondie au millimètre, $ BE \approx 34{,}6 $ cm.

  2. D'après le schéma, le triangle SHT est rectangle en T (HT est vertical et ST est horizontal). On connaît l'hypoténuse $ SH = 20{,}50 $ m et le côté $ ST = 7{,}60 $ m, et on cherche le troisième côté HT.

    D'après le théorème de Pythagore :

    $ SH^2 = ST^2 + HT^2 $

    $ 20{,}50^2 = 7{,}60^2 + HT^2 $

    $ 420{,}25 = 57{,}76 + HT^2 $

    $ HT^2 = 420{,}25 - 57{,}76 = 362{,}49 $

    $ HT = \sqrt{362{,}49} \approx 19{,}04 $ m.

    Le cerf-volant volait à une altitude d'environ 19 m.

  3. On convertit la vitesse maximale annoncée par la météo en km/h.

    $ 15 $ nœuds $ = 15 \times 0{,}514 = 7{,}71 $ m/s.

    Pour passer des m/s aux km/h, on multiplie par 3,6 :

    $ 7{,}71 \times 3{,}6 = 27{,}756 $ km/h, soit environ 27,8 km/h.

    Comme $ 27{,}8 > 20 $, le vent annoncé peut dépasser la limite recommandée pour ce cerf-volant.

    Thomas ne peut donc pas faire voler son cerf-volant sans risque dans ces conditions.

Résoudre un problème de trigonométrie

[enonce]
Un randonneur se trouve au pied d'une falaise. Il recule de 30 m et mesure un angle d'élévation de 42° entre l'horizontale et le sommet de la falaise.

On cherche à calculer la hauteur de la falaise (on néglige la hauteur du randonneur).

Schéma de la falaise avec le randonneur, l'angle d'élévation de 42^{\circ} et la distance de 30 m

[/enonce]

[etape]
Modéliser la situation.

On note $ S $ le sommet de la falaise, $ P $ le pied de la falaise et $ R $ la position du randonneur. Le triangle $ SPR $ est rectangle en $ P $.

Par rapport à l'angle $ \widehat{SRP} = 42^{\circ} $, identifier le côté $ [SP] $ (hauteur de la falaise) :

[qcm]
[option correct="true"]C'est le côté opposé[/option]
[option]C'est le côté adjacent[/option]
[option]C'est l'hypoténuse[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. $ [SP] $ est en face de l'angle de 42°, c'est bien le côté opposé.
[/reponse]

[reponse motif="C'est le côté adjacent"]
Le côté adjacent est celui qui touche l'angle et l'angle droit. Ici, c'est $ [RP] $ (la distance au sol), pas $ [SP] $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ [SP] $ est le côté opposé à l'angle de 42° (il est en face). $ [RP] $ est le côté adjacent (il touche l'angle et l'angle droit).
[/reponse]

[solution]
$ [SP] $ est le côté opposé à l'angle $ \widehat{SRP} $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Par rapport à l'angle $ \widehat{SRP} = 42^{\circ} $, identifier le côté $ [RP] $ (distance au sol = 30 m) :

[qcm]
[option correct="true"]C'est le côté adjacent[/option]
[option]C'est le côté opposé[/option]
[option]C'est l'hypoténuse[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. $ [RP] $ touche l'angle de 42° et l'angle droit en $ P $, c'est le côté adjacent.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ [RP] $ touche l'angle $ \widehat{SRP} $ et l'angle droit, c'est le côté adjacent.
[/reponse]

[solution]
$ [RP] $ est le côté adjacent à l'angle $ \widehat{SRP} $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Choisir le bon rapport trigonométrique.

On connait le côté adjacent ($ RP = 30 $ m) et on cherche le côté opposé ($ SP $). Quel rapport utiliser ?

[qcm]
[option correct="true"]La tangente[/option]
[option]Le sinus[/option]
[option]Le cosinus[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. La tangente relie le côté opposé et le côté adjacent : $ \tan(\widehat{a}) = \dfrac{\text{opposé}}{\text{adjacent}} $.
[/reponse]

[reponse motif="Le sinus"]
Le sinus fait intervenir l'hypoténuse, qu'on ne connait pas ici. On a le côté adjacent et on cherche le côté opposé : c'est la tangente.
[/reponse]

[reponse motif="Le cosinus"]
Le cosinus fait intervenir le côté adjacent et l'hypoténuse. Or on cherche le côté opposé, pas l'hypoténuse. C'est la tangente qu'il faut utiliser.
[/reponse]

[solution]
La tangente relie le côté opposé et le côté adjacent.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Écrire l'égalité reliant $ SP $, $ RP $ et l'angle de $ 42^{\circ} $, puis calculer $ SP $ arrondi au dixième : [[sp]]

[math id="sp" attendu="27.0"][/math]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! $ SP = 30 \times \tan(42^{\circ}) \approx 30 \times 0{,}9004 \approx 27{,}0 $ m.
[/reponse]

[reponse motif="0.9"]
Tu as peut-être calculé seulement $ \tan(42^{\circ}) \approx 0{,}9 $ sans multiplier par 30.
Il faut calculer $ 30 \times \tan(42^{\circ}) $.
[/reponse]

[reponse motif="27"]
C'est la bonne valeur. Au dixième, on écrit $ 27{,}0 $ m.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
A la calculatrice (en mode degré) : $ 30 \times \tan(42^{\circ}) \approx 27{,}0 $.
[/reponse]

[aide essai="2"]
$ \tan(42^{\circ}) = \dfrac{SP}{RP} = \dfrac{SP}{30} $, donc $ SP = 30 \times \tan(42^{\circ}) $.
A la calculatrice (en mode degré), tape : $ 30 \times \tan(42) $.
[/aide]

[aide essai="3"]
$ \tan(42^{\circ}) \approx 0{,}9004 $
$ 30 \times 0{,}9004 \approx 27{,}0 $
[/aide]

[solution]
$ \tan(42^{\circ}) = \dfrac{SP}{30} $, donc $ SP = 30 \times \tan(42^{\circ}) \approx 27{,}0 $ m.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Calculer la longueur $ SR $ (distance entre le randonneur et le sommet de la falaise), arrondie au dixième : [[sr]]

[math id="sr" attendu="40.4"][/math]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! $ SR^{2} = 27{,}0^{2} + 30^{2} = 729 + 900 = 1629 $, donc $ SR = \sqrt{1629} \approx 40{,}4 $ m.
[/reponse]

[reponse motif="57"]
Tu as peut-être additionné les longueurs ($ 27 + 30 $) au lieu d'appliquer le théorème de Pythagore.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ SR = \sqrt{SP^{2} + PR^{2}} = \sqrt{27{,}0^{2} + 30^{2}} $.
Calcule d'abord les carrés, puis la somme, puis la racine.
[/reponse]

[aide essai="2"]
$ SR^{2} = 27{,}0^{2} + 30^{2} = 729 + 900 = 1629 $
$ SR = \sqrt{1629} \approx \ldots $
[/aide]

[aide essai="3"]
$ \sqrt{1629} \approx 40{,}4 $ m.
[/aide]

[solution]
$ SR = \sqrt{27{,}0^{2} + 30^{2}} = \sqrt{1629} \approx 40{,}4 $ m.
[/solution]
[/etape]

Calculer des longueurs avec Pythagore

[enonce]
$ ABCD $ est un rectangle tel que $ AB = 8 $ cm et $ BC = 6 $ cm.
Le point $ M $ est le milieu du segment $ [BC] $ et le point $ N $ est le milieu du segment $ [DC] $.

Rectangle ABCD avec AB = 8 cm, BC = 6 cm, M milieu de [BC] et N milieu de [DC]

Le triangle $ AMN $ est-il rectangle ?
[/enonce]

[etape]
Calculer $ AM $ (valeur exacte) : [[am]]

[math id="am" attendu="\sqrt{73}"][/math]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! Dans le triangle $ ABM $ rectangle en $ B $ :
$ AM^{2} = AB^{2} + BM^{2} = 8^{2} + 3^{2} = 64 + 9 = 73 $
Donc $ AM = \sqrt{73} $ cm.
[/reponse]

[reponse motif="73"]
Tu as bien calculé $ AM^{2} $, mais on demande $ AM $.
Il te reste une dernière étape : prendre la racine carrée.
[/reponse]

[reponse motif="11"]
Tu as additionné les longueurs au lieu de calculer les carrés.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Repère un triangle rectangle dont $ [AM] $ est l'hypoténuse, puis applique le théorème de Pythagore.
[/reponse]

[aide essai="2"]
$ M $ est le milieu de $ [BC] $, donc $ BM = 3 $ cm.
Le triangle $ ABM $ est rectangle en $ B $.
[/aide]

[aide essai="3"]
$ AM^{2} = AB^{2} + BM^{2} = 8^{2} + 3^{2} = 64 + 9 = \ldots $
[/aide]

[solution]
$ AM = \sqrt{8^{2} + 3^{2}} = \sqrt{73} $ cm.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Calculer $ AN $ (valeur exacte) : [[an]]

[math id="an" attendu="2\sqrt{13}"][/math]

[reponse statut="correct"]
Exact ! Dans le triangle $ ADN $ rectangle en $ D $ :
$ AN^{2} = AD^{2} + DN^{2} = 6^{2} + 4^{2} = 36 + 16 = 52 $
Donc $ AN = \sqrt{52} = 2\sqrt{13} $ cm.
[/reponse]

[reponse motif="\sqrt{52}"]
Ta valeur est juste, mais on attend la forme simplifiée.
Cherche un carré parfait qui divise $ 52 $ pour faire sortir un facteur de la racine.
[/reponse]

[reponse motif="52"]
Tu as bien calculé $ AN^{2} $, mais on demande $ AN $.
Il reste à prendre la racine carrée, puis à la simplifier.
[/reponse]

[reponse motif="10"]
Tu as additionné les longueurs au lieu de calculer les carrés.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Repère un triangle rectangle dont $ [AN] $ est l'hypoténuse.
[/reponse]

[aide essai="2"]
$ N $ est le milieu de $ [DC] $, donc $ DN = 4 $ cm (car $ DC = AB = 8 $ cm).
Le triangle $ ADN $ est rectangle en $ D $.
[/aide]

[aide essai="3"]
$ AN^{2} = AD^{2} + DN^{2} = 6^{2} + 4^{2} = 36 + 16 = \ldots $
[/aide]

[solution]
$ AN = \sqrt{6^{2} + 4^{2}} = \sqrt{52} = 2\sqrt{13} $ cm.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Calculer $ MN $ (valeur exacte) : [[mn]]

[math id="mn" attendu="5"][/math]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! Dans le triangle $ MCN $ rectangle en $ C $ :
$ MN^{2} = MC^{2} + CN^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = 25 $
Donc $ MN = 5 $ cm.
[/reponse]

[reponse motif="25"]
Tu as bien calculé $ MN^{2} $, mais on demande $ MN $.
Il te reste à prendre la racine carrée (ici, $ 25 $ est un carré parfait).
[/reponse]

[reponse motif="7"]
Tu as additionné les longueurs au lieu de calculer les carrés.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Repère un triangle rectangle dont $ [MN] $ est l'hypoténuse.
[/reponse]

[aide essai="2"]
$ MC = BC - BM = 6 - 3 = 3 $ cm et $ CN = DC - DN = 8 - 4 = 4 $ cm.
Le triangle $ MCN $ est rectangle en $ C $.
[/aide]

[aide essai="3"]
$ MN^{2} = MC^{2} + CN^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = \ldots $
[/aide]

[solution]
$ MN = \sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{25} = 5 $ cm.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Le triangle $ AMN $ est-il rectangle ?

[qcm]
[option]Oui[/option]
[option correct="true"]Non[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. Le plus grand côté est $ [AM] $ (car $ AM^{2} = 73 $ est le plus grand carré).
$ AN^{2} + MN^{2} = 52 + 25 = 77 \neq 73 = AM^{2} $.
La réciproque du théorème de Pythagore ne s'applique pas : le triangle $ AMN $ n'est pas rectangle.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Le triangle $ AMN $ n'est pas rectangle.
Pour le vérifier, il faut appliquer la réciproque du théorème de Pythagore : comparer la somme des carrés des deux plus petits côtés avec le carré du plus grand.
$ AN^{2} + MN^{2} = 52 + 25 = 77 $ et $ AM^{2} = 73 $.
Comme $ 77 \neq 73 $, le triangle n'est pas rectangle.
[/reponse]

[aide essai="2"]
Quelle propriété du cours permet de vérifier si un triangle est rectangle quand on connait ses trois côtés ?
[/aide]

[solution]
$ AN^{2} + MN^{2} = 52 + 25 = 77 \neq 73 = AM^{2} $ : le triangle $ AMN $ n'est pas rectangle.
[/solution]
[/etape]

Vrai/Faux – Pythagore vocabulaire et propriétés

[enonce]
Pour chaque affirmation sur le théorème de Pythagore, indique si elle est Vraie ou Fausse.
[/enonce]

[etape]
Affirmation : Dans un triangle rectangle, l'hypoténuse est le côté le plus court.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est fausse.
L'hypoténuse est le côté le plus long du triangle rectangle, situé en face de l'angle droit.
Par exemple, dans un triangle rectangle de côtés 3, 4 et 5, l'hypoténuse mesure 5 : c'est bien le plus grand côté.
Retiens que l'hypoténuse est toujours opposée à l'angle droit, et que c'est elle qui apparaît seule dans l'égalité de Pythagore.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est fausse.
L'hypoténuse n'est pas le côté le plus court, c'est au contraire le côté le plus long du triangle rectangle.
Elle est toujours située en face de l'angle droit.
Par exemple, dans un triangle rectangle de côtés 3, 4 et 5, l'hypoténuse est le côté qui mesure 5.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est fausse. L'hypoténuse est le côté le plus long, opposé à l'angle droit.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Le théorème de Pythagore s'applique uniquement dans les triangles rectangles.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est vraie.
Le théorème de Pythagore est une propriété exclusive des triangles rectangles.
C'est la présence de l'angle droit qui garantit la relation $ a^{2} + b^{2} = c^{2} $ entre les côtés.
Dans un triangle quelconque (sans angle droit), cette égalité n'est pas vérifiée.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est vraie.
Le théorème de Pythagore ne fonctionne que dans les triangles rectangles.
C'est la condition indispensable : sans angle droit, la relation $ a^{2} + b^{2} = c^{2} $ n'est pas vérifiée.
Par exemple, dans un triangle équilatéral de côté 4, on a $ 4^{2} + 4^{2} = 32 $ mais $ 4^{2} = 16 $, donc l'égalité de Pythagore ne fonctionne pas.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Le théorème de Pythagore ne s'applique que dans les triangles rectangles.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Si $ ABC $ est un triangle rectangle en $ B $, alors $ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est fausse.
Si le triangle est rectangle en $ B $, c'est $ B $ qui porte l'angle droit.
L'hypoténuse est donc $ [AC] $, le côté opposé à l'angle droit.
L'égalité correcte est $ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $.
L'affirmation proposait $ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $, ce qui placerait $ [AB] $ comme hypoténuse, or ce n'est pas le cas ici.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est fausse.
L'astuce est de toujours repérer l'angle droit en premier : ici, il est en $ B $.
L'hypoténuse est donc $ [AC] $, le côté opposé à l'angle droit.
C'est le carré de l'hypoténuse qui est seul d'un côté de l'égalité : $ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $.
L'affirmation inversait les rôles en mettant $ AB^{2} $ seul, ce qui est incorrect.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est fausse. L'hypoténuse est $ [AC] $, donc $ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : $ \sqrt{9 + 16} = \sqrt{9} + \sqrt{16} = 3 + 4 = 7 $.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est fausse.
Il faut d'abord additionner sous la racine : $ \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 $.
Le calcul $ \sqrt{9} + \sqrt{16} = 3 + 4 = 7 $ est faux car on n'a pas le droit de séparer une racine carrée sur une somme.
C'est un piège très fréquent quand on applique le théorème de Pythagore pour calculer une longueur.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est fausse.
Attention, c'est un piège classique : on ne peut pas écrire $ \sqrt{a + b} = \sqrt{a} + \sqrt{b} $.
Le calcul correct est $ \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 $.
Le résultat 7 est obtenu en séparant la racine, ce qui n'est pas une opération valide.
Retiens cette règle : on additionne d'abord, puis on prend la racine du résultat.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est fausse. $ \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 $. On ne peut pas séparer la racine d'une somme.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Un triangle dont les côtés mesurent 5, 12 et 13 est rectangle.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est vraie.
On identifie le plus grand côté : 13.
On calcule : $ 13^{2} = 169 $ et $ 5^{2} + 12^{2} = 25 + 144 = 169 $.
L'égalité est vérifiée, donc d'après la réciproque du théorème de Pythagore, le triangle est rectangle.
L'angle droit est opposé au côté le plus long, c'est-à-dire au côté de longueur 13.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est vraie.
Pour vérifier, on compare le carré du plus grand côté avec la somme des carrés des deux autres.
On calcule : $ 13^{2} = 169 $ et $ 5^{2} + 12^{2} = 25 + 144 = 169 $.
Les deux résultats sont égaux, donc la réciproque du théorème de Pythagore s'applique : ce triangle est bien rectangle.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est vraie. $ 13^{2} = 5^{2} + 12^{2} = 169 $, donc le triangle est rectangle.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Si $ EFG $ est un triangle rectangle en $ F $ avec $ EF = 3 $ et $ FG = 4 $, alors $ EG = 7 $.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact, cette affirmation est fausse.
On ne peut pas simplement additionner les deux côtés pour trouver l'hypoténuse.
Il faut appliquer le théorème de Pythagore : $ EG^{2} = EF^{2} + FG^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = 25 $.
Donc $ EG = \sqrt{25} = 5 $, et non pas $ 3 + 4 = 7 $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Non, cette affirmation est fausse.
L'erreur est d'additionner directement les longueurs : $ 3 + 4 = 7 $.
Dans un triangle rectangle, on utilise le théorème de Pythagore pour calculer l'hypoténuse.
Le calcul correct est $ EG^{2} = 3^{2} + 4^{2} = 9 + 16 = 25 $, donc $ EG = 5 $.
Ce sont les carrés des longueurs qu'on additionne, pas les longueurs elles-memes.
[/reponse]

[solution]
Cette affirmation est fausse. $ EG = \sqrt{9 + 16} = 5 $, pas $ 3 + 4 = 7 $.
[/solution]
[/etape]

QCM – Théorème de Pythagore

[enonce]
Teste tes connaissances sur le théorème de Pythagore dans un triangle rectangle.
[/enonce]

[etape]
Dans un triangle rectangle, comment s'appelle le côté le plus long ?

[qcm]
[option correct="true"]L'hypoténuse[/option]
[option]Le côté adjacent[/option]
[option]Le côté opposé[/option]
[option]La médiane[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Oui, l'hypoténuse est le côté le plus long du triangle rectangle. C'est le côté opposé à l'angle droit.
[/reponse]

[reponse motif="Le côté adjacent"]
Le côté adjacent est un des côtés de l'angle droit, ce n'est pas le plus long. Le côté le plus long est l'hypoténuse.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Le côté le plus long d'un triangle rectangle est l'hypoténuse, c'est-à-dire le côté opposé à l'angle droit.
[/reponse]

[solution]
L'hypoténuse est le côté le plus long du triangle rectangle, situé en face de l'angle droit.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Soit $ ABC $ un triangle rectangle en $ C $. Le théorème de Pythagore donne :

[qcm]
[option correct="true"]$ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $[/option]
[option]$ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $[/option]
[option]$ BC^{2} = AB^{2} + AC^{2} $[/option]
[option]$ AB^{2} = AC^{2} - BC^{2} $[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. Le triangle est rectangle en $ C $, donc $ [AB] $ est l'hypoténuse et on a bien $ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $.
[/reponse]

[reponse motif="$ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $"]
Attention, $ [AC] $ n'est pas l'hypoténuse. Le triangle est rectangle en $ C $, donc l'hypoténuse est $ [AB] $ (le côté opposé à l'angle droit en $ C $).
[/reponse]

[reponse motif="$ BC^{2} = AB^{2} + AC^{2} $"]
Attention, $ [BC] $ n'est pas l'hypoténuse. Le triangle est rectangle en $ C $, donc l'hypoténuse est $ [AB] $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
Le triangle est rectangle en $ C $, donc l'hypoténuse est $ [AB] $ (côté opposé à l'angle droit). L'égalité est $ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $.
[/reponse]

[solution]
$ AB^{2} = AC^{2} + BC^{2} $ car $ [AB] $ est l'hypoténuse (côté opposé à l'angle droit en $ C $).
[/solution]
[/etape]

[etape]
$ EFG $ est un triangle rectangle en $ G $ tel que $ EG = 5 $ et $ FG = 12 $. Que vaut $ EF $ ?

[qcm]
[option correct="true"]$ 13 $[/option]
[option]$ 17 $[/option]
[option]$ \sqrt{119} $[/option]
[option]$ 169 $[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! $ EF^{2} = EG^{2} + FG^{2} = 25 + 144 = 169 $, donc $ EF = \sqrt{169} = 13 $.
[/reponse]

[reponse motif="$ 17 $"]
Tu as additionné les longueurs ($ 5 + 12 = 17 $) au lieu d'appliquer le théorème de Pythagore. Il faut calculer $ \sqrt{EG^{2} + FG^{2}} $.
[/reponse]

[reponse motif="$ 169 $"]
Tu as oublié de prendre la racine carrée. $ EF^{2} = 169 $ mais $ EF = \sqrt{169} = 13 $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ EF^{2} = EG^{2} + FG^{2} = 5^{2} + 12^{2} = 25 + 144 = 169 $, donc $ EF = 13 $.
[/reponse]

[solution]
$ EF = \sqrt{5^{2} + 12^{2}} = \sqrt{169} = 13 $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
$ RST $ est un triangle rectangle en $ S $ tel que $ RT = 10 $ et $ RS = 6 $. Que vaut $ ST $ ?

[qcm]
[option correct="true"]$ 8 $[/option]
[option]$ \sqrt{136} $[/option]
[option]$ 4 $[/option]
[option]$ 64 $[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Exact. $ ST^{2} = RT^{2} - RS^{2} = 100 - 36 = 64 $, donc $ ST = 8 $.
[/reponse]

[reponse motif="$ \sqrt{136} $"]
Tu as additionné les carrés au lieu de soustraire. $ [RT] $ est l'hypoténuse, donc $ ST^{2} = RT^{2} - RS^{2} $.
[/reponse]

[reponse motif="$ 64 $"]
Tu as oublié de prendre la racine carrée. $ ST^{2} = 64 $ mais $ ST = \sqrt{64} = 8 $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ ST^{2} = RT^{2} - RS^{2} = 10^{2} - 6^{2} = 100 - 36 = 64 $, donc $ ST = 8 $.
[/reponse]

[solution]
$ ST = \sqrt{10^{2} - 6^{2}} = \sqrt{64} = 8 $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Quelle est la valeur exacte de $ \sqrt{50} $ ?

[qcm]
[option correct="true"]$ 5\sqrt{2} $[/option]
[option]$ 25 $[/option]
[option]$ 2\sqrt{5} $[/option]
[option]$ 10\sqrt{5} $[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Oui, $ \sqrt{50} = \sqrt{25 \times 2} = \sqrt{25} \times \sqrt{2} = 5\sqrt{2} $.
[/reponse]

[reponse motif="$ 2\sqrt{5} $"]
Vérification : $ (2\sqrt{5})^{2} = 4 \times 5 = 20 \neq 50 $. Il faut décomposer $ 50 = 25 \times 2 $, ce qui donne $ \sqrt{50} = 5\sqrt{2} $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ \sqrt{50} = \sqrt{25 \times 2} = 5\sqrt{2} $.
[/reponse]

[solution]
$ \sqrt{50} = \sqrt{25 \times 2} = 5\sqrt{2} $.
[/solution]
[/etape]

[etape]
$ ABC $ est un triangle rectangle en $ A $ tel que $ AB = 7 $ et $ AC = 24 $. Calculer $ BC $.

[qcm]
[option correct="true"]$ 25 $[/option]
[option]$ 31 $[/option]
[option]$ \sqrt{527} $[/option]
[option]$ 625 $[/option]
[/qcm]

[reponse statut="correct"]
Bravo ! $ BC^{2} = 7^{2} + 24^{2} = 49 + 576 = 625 $, donc $ BC = 25 $.
[/reponse]

[reponse motif="$ 31 $"]
Tu as additionné les longueurs ($ 7 + 24 $) au lieu d'appliquer le théorème de Pythagore.
[/reponse]

[reponse motif="$ 625 $"]
Tu as oublié de prendre la racine carrée. $ BC^{2} = 625 $ mais $ BC = \sqrt{625} = 25 $.
[/reponse]

[reponse statut="incorrect"]
$ BC^{2} = AB^{2} + AC^{2} = 49 + 576 = 625 $, donc $ BC = 25 $.
[/reponse]

[solution]
$ BC = \sqrt{7^{2} + 24^{2}} = \sqrt{625} = 25 $.
[/solution]
[/etape]

Deux triangles rectangles imbriqués

Sur la figure ci-dessous, les triangles $ ABH $ et $ ACH $ sont rectangles en $ H $.

Deux triangles rectangles ABH et ACH avec un sommet commun H, rectangles en H

On donne : $ AB = 10 $cm, $ HC = 4 $cm et $ \widehat{ACH} = 50^{\circ} $.

  1. Calculer la longueur $ AH $, arrondie au dixième.
  2. En déduire la longueur $ BH $, arrondie au dixième.
  3. Calculer la longueur $ BC $.
  4. Le triangle $ ABC $ est-il rectangle ?

Corrigé

  1. Dans le triangle $ ACH $ rectangle en $ H $, par rapport à l'angle $ \widehat{ACH} = 50^{\circ} $ :

    • $ [AH] $ est le côté opposé (cherché)
    • $ [HC] $ est le côté adjacent ($ HC = 4 $ cm)

    On utilise la tangente :

    $ \tan(50^{\circ}) = \dfrac{AH}{HC} $
    $ AH = HC \times \tan(50^{\circ}) = 4 \times \tan(50^{\circ}) $
    $ AH \approx 4{,}8 $ cm

  2. Dans le triangle $ ABH $ rectangle en $ H $, d'après le théorème de Pythagore :

    $ AB^{2} = AH^{2} + BH^{2} $
    $ BH^{2} = AB^{2} - AH^{2} $
    $ BH^{2} = 10^{2} - (4\tan(50^{\circ}))^{2} $
    $ BH^{2} = 100 - 16\tan^{2}(50^{\circ}) $
    $ BH^{2} \approx 100 - 22{,}72 $
    $ BH^{2} \approx 77{,}28 $

    Donc $ BH \approx 8{,}8 $ cm.

  3. Les points $ B $, $ H $ et $ C $ sont alignés ($ H $ est sur $ [BC] $), donc :

    $ BC = BH + HC \approx 8{,}8 + 4 = 12{,}8 $ cm

  4. Vérifions si le triangle $ ABC $ est rectangle en utilisant la réciproque du théorème de Pythagore.

    Le plus grand côté est $ [BC] $ avec $ BC \approx 12{,}8 $.

    $ BC^{2} \approx 12{,}8^{2} \approx 163{,}8 $

    $ AB^{2} + AC^{2} $ : il faut d'abord calculer $ AC $.

    Dans le triangle $ ACH $ rectangle en $ H $, d'après le théorème de Pythagore :

    $ AC^{2} = AH^{2} + HC^{2} = (4\tan(50^{\circ}))^{2} + 4^{2} $
    $ AC^{2} \approx 22{,}72 + 16 = 38{,}72 $

    Donc :

    $ AB^{2} + AC^{2} \approx 100 + 38{,}72 = 138{,}72 $

    Comme $ BC^{2} \approx 163{,}8 $ et $ AB^{2} + AC^{2} \approx 138{,}72 $, on a $ BC^{2} \neq AB^{2} + AC^{2} $.

    Le triangle $ ABC $ n'est pas rectangle.

Diagonale d’un rectangle

Un terrain rectangulaire $ ABCD $ a pour dimensions $ AB = 24 $m et $ BC = 10 $m.

Rectangle ABCD avec AB=24 et BC=10, diagonale AC tracée
  1. Calculer la longueur de la diagonale $ AC $.
  2. Un chemin en diagonale traversant le terrain est-il plus court que de faire le tour par deux côtés ? Calculer la différence.

Corrigé

  1. Le rectangle $ ABCD $ a un angle droit en $ B $, donc le triangle $ ABC $ est rectangle en $ B $.

    D'après le théorème de Pythagore :

    $ AC^{2} = AB^{2} + BC^{2} $
    $ AC^{2} = 24^{2} + 10^{2} $
    $ AC^{2} = 576 + 100 $
    $ AC^{2} = 676 $

    Donc $ AC = \sqrt{676} = 26 $ m.

    La diagonale du terrain mesure 26 m.

  2. Le trajet par deux côtés (de $ A $ à $ C $ en passant par $ B $) mesure :

    $ AB + BC = 24 + 10 = 34 $ m

    La différence est :

    $ 34 - 26 = 8 $ m

    Le chemin en diagonale est plus court de 8 m.

Pour réviser : Calculer une longueur avec le théorème de Pythagore

Calcul de cos(15°)

Sur la figure ci-dessous, $ A $ et $ I $ sont les points de coordonnées respectives $ ( - 1;0) $ et $ (1;0) $.
$ B $ est le point du cercle de centre $ O $ et de rayon 1 tel que l'angle $ \widehat{ IOB } $ mesure 30 degrés ; $ H $ est le pied de la hauteur issue de $ B $ dans le triangle $ OBA $.

Calcul de cos($15^{\circ}$)
  1. Donner, en degré, la mesure de l'angle $ \widehat{BOI} $ puis de l'angle $ \widehat{AOB} $.
  2. Que peut-on dire du triangle $ AOB $ ? En déduire la mesure, en degré, de l'angle $ \widehat{BAH} $.
  3. Calculer les valeurs exactes de $ OH $, $ BH $ puis $ AB $.
  4. En déduire que $ \cos(\widehat{BAH}) = \dfrac{\sqrt{2+\sqrt{3}}}{2} $.
  5. Calculer $ ( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2 $.
  6. Déduire des questions précédentes que $ \cos(15^{\circ})= \dfrac{ \sqrt{2} + \sqrt{6}}{4} $

Corrigé

  1. Les points $ A, O $ et $ I $ étant alignés (sur l'axe des abscisses), les angles $ \widehat{AOB} $ et $ \widehat{BOI} $ sont supplémentaires.

    Par conséquent :

    $ \widehat{AOB}=180^\circ - 30^\circ=150^\circ $
  2. Les côtés $ [OA] $ et $ [OB] $ sont des rayons du cercle donc $ OA=OB=1 $. Le triangle $ AOB $ est donc isocèle.

    La somme des mesures des angles d'un triangle vaut $ 180^\circ $, par conséquent :

    $ \widehat{OAB}+\widehat{ABO}+\widehat{BOA}=180^\circ $
    $ \widehat{OAB}+\widehat{ABO} = 180^\circ - 150^\circ = 30^\circ $

    et, comme le triangle $ AOB $ est isocèle, les angles $ \widehat{OAB} $ et $ \widehat{ABO} $ ont la même mesure :

    $ \widehat{OAB} = \widehat{ABO} = 15^\circ $
  3. Dans le triangle $ OBH $ rectangle en $ H $ :

    $ \cos(\widehat{BOH})= \dfrac{OH}{OB} $
    $ \cos(30^\circ)= \dfrac{OH}{1} $
    $ OH=\cos(30^\circ)=\dfrac{\sqrt{3}}{2} $
    $ \sin(\widehat{BOH})= \dfrac{BH}{OB} $
    $ \sin(30^\circ)= \dfrac{BH}{1} $
    $ BH=\sin(30^\circ)=\dfrac{1}{2} $
    $ AH=AO+OH=1+\dfrac{\sqrt{3}}{2} $

    D'après le théorème de Pythagore :
    $ AB^2=AH^2+HB^2 $
    $ AB^2=\left(1+ \dfrac{ \sqrt{3} }{2} \right)^2+\left( \dfrac{1}{2} \right)^2 $

    Pour tous réels $ a $ et $ b $ :
    $ (a+b)^2 =a^2+2ab+b^2 $
    $ AB^2=1 + 2 \times \dfrac{ \sqrt{3} }{2} + \dfrac{3}{4} + \dfrac{1}{4} $
    $ AB^2=2+ \sqrt{3} $
    $ AB=\sqrt{2+ \sqrt{3}} $

  4. Dans le triangle $ ABH $ rectangle en $ H $ :

    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{AH}{AB} $
    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{1+\dfrac{\sqrt{3}}{2}}{\sqrt{2+ \sqrt{3}} } $

    Pour $ b \neq 0 $ et $ c \neq 0 $:

    $ \dfrac{\dfrac{a}{b}}{c}=\dfrac{a}{b}\times \dfrac{1}{c}=\dfrac{a}{bc} $
    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{\dfrac{2+\sqrt{3}}{2}}{\sqrt{2+ \sqrt{3}} } $
    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{2+\sqrt{3}} {2\sqrt{2+ \sqrt{3}} } $

    Pour tout réel $ a $ positif ou nul $ \sqrt{a^2}=a $ et $ (\sqrt{a})^2=a $

    Or $ 2+ \sqrt{3} =\left(\sqrt{2+ \sqrt{3}} \right)^2 $ donc :

    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{\left(\sqrt{2+ \sqrt{3}} \right)^2} {2\sqrt{2+ \sqrt{3}} } $
    $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{\sqrt{2+ \sqrt{3} }} {2} $

    après simplification par $ \sqrt{2+ \sqrt{3}} $.

  5. $ ( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2 =2+2\times \sqrt{2} \times \sqrt{6} + 6 $

    $ ( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2 =8+2 \sqrt{12} $
    $ ( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2 =8+4 \sqrt{3} $

    On peut mettre $ 4 $ en facteur (utile pour la suite...) :

    $ ( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2 =4(2+ \sqrt{3}) $
  6. On déduit de la question précédente que :

    $ 2+ \sqrt{3}=\dfrac{( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2} {4} $

    Chaque membre de l'égalité étant positif, on en déduit, en prenant la racine carrée de chaque membre :

    $ \sqrt{2+ \sqrt{3}}=\sqrt{\dfrac{( \sqrt{2} + \sqrt{6})^2} {4}} $
    $ \sqrt{2+ \sqrt{3}}=\dfrac{ \sqrt{2} + \sqrt{6}} {2} $

    D'après la question 2., $ \widehat{BAH}=15^\circ $ et d'après la question 4., $ \cos(\widehat{BAH})= \dfrac{\sqrt{2+ \sqrt{3} }} {2} $, par conséquent :

    $ \cos(15^\circ)= \dfrac{\sqrt{2+ \sqrt{3} }} {2} = \dfrac{\dfrac{ \sqrt{2} + \sqrt{6}} {2} } {2} $
    $ \cos(15^{\circ})= \dfrac{ \sqrt{2} + \sqrt{6}}{4} $

Calcul de tan(15°)

Sur la figure ci-dessous, $ ABCD $ est un rectangle de dimensions $ AB = 10 $cm et $ BC=5 $cm.

triangles

$ E $ est le point du segment $ [DC] $ tel que $ AE=10 $cm.

  1. Reproduire la figure en vraie grandeur.
  2. Donner la mesure en degrés de l'angle $ \widehat{DAE} $
  3. En déduire la mesure des angles $ \widehat{EAB} $, $ \widehat{ABE} $ puis $ \widehat{EBC} $.
  4. Calculer la mesure exacte de $ DE $.
  5. En déduire la mesure exacte de $ EC $.
  6. À l'aide des questions précédentes, montrer que $ \tan(15^{\circ})=2 - \sqrt{3} $

Corrigé

  1. (Image de la figure non reproduite ici)
  2. Dans le triangle $ DAE $ rectangle en $ D $ :

    $ \cos(\widehat{DAE}) = \dfrac{AD}{AE} = \dfrac{5}{10} = \dfrac{1}{2} $

    On en déduit que $ \widehat{DAE} = 60^{\circ} $.

  3. Comme $ \widehat{DAB} = 90^{\circ} = \widehat{DAE} + \widehat{EAB} $, on en déduit que :

    $ \widehat{EAB} = 90^{\circ} - 60^{\circ} = 30^{\circ} $

    De plus, comme $ AE = AB = 10 $ cm, le triangle $ EAB $ est isocèle en $ A $.
    Il en résulte que :

    $ \widehat{ABE} = \dfrac{1}{2} (180^{\circ} - \widehat{EAB}) = \dfrac{1}{2} (180^{\circ} - 30^{\circ}) = 75^{\circ} $

    Enfin :

    $ \widehat{EBC} = \widehat{ABC} - \widehat{ABE} = 90^{\circ} - 75^{\circ} = 15^{\circ} $

  4. Dans le triangle $ ADE $ rectangle en $ D $, on applique le théorème de Pythagore :

    $ DE^2 = AE^2 - AD^2 = 10^2 - 5^2 = 75 $

    Donc $ DE = \sqrt{75} = 5\sqrt{3} $.

  5. Comme les points $ D $, $ E $ et $ C $ sont alignés dans cet ordre :

    $ EC = DC - DE = 10 - 5\sqrt{3} = 5(2 - \sqrt{3}) $

  6. Il reste à se placer dans le triangle $ EBC $ rectangle en $ C $ :

    $ \tan(\widehat{EBC}) = \tan(15^{\circ}) = \dfrac{EC}{BC} = \dfrac{5(2 - \sqrt{3})}{5} = 2 - \sqrt{3} $

Distances dans un triangle

Soit un triangle $ ABC $ de hauteur $ \left(AH\right) $

Distances dans un triangle

Sachant que $ AB=6{,}7 $cm, $ AC=3{,}4 $cm et $ AH=3 $cm, le triangle $ ABC $ est-il rectangle ?

Corrigé

$ \left(AH\right) $ étant une hauteur du triangle $ ABC $, $ ABH $ est rectangle en $ H $ donc, d'après le théorème de Pythagore :

$ AB^{2}=AH^{2}+BH^{2} $

$ BH^{2}=AB^{2} - AH^{2}=6{,}7^{2} - 3^{2}=35{,}89 $
Donc : $ BH=\sqrt{35{,}89}\approx 5{,}99 $ à $ 10^{ - 2} $ près.

De même, dans le triangle $ AHC $ rectangle en $ H $ :
$ AC^{2}=AH^{2}+CH^{2} $
$ CH^{2}=AC^{2} - AH^{2}=3{,}4^{2} - 3^{2}=2{,}56 $
Donc : $ CH=\sqrt{2{,}56}=1{,}6 $.

Par conséquent,
$ BC=BH+CH\approx 7{,}59 $cm

Calculons $ AB^{2}+AC^{2} $ puis $ BC^{2} $ pour savoir si le triangle $ ABC $ est rectangle en $ A $ :
$ AB^{2}+AC^{2}=6{,}7^{2}+3{,}4^{2}=56{,}45 $
$ BC^{2}\approx 7{,}59^{2}\approx 57{,}61 $
$ AB^{2}+AC^{2}\neq BC^{2} $ donc le triangle $ ABC $ n'est pas rectangle en $ A $.