V ECTEN
Géométrie élémentaire. Recherches diverses de géométrie plane
Annales de Mathématiques pures et appliquées, tome 9 (1818-1819), p. 293-305
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293
GÉOMÉTRIE ÉLÉMENTAIRE.
Recherches diverses de géométrie plane;
Par M. VECTEN , licencié es sciences, ancien professeur
de mathématiques spéciales.
-
THÉORÈMES
ETPP,013]LËMtS"’DF, GÉÙMÉT.e ÈLÈM."
JT/~~ZT~Z?.
Etant données les troishauteurs
d’untriangle;
construire le
irian~le ~ (-¥-)
~; ~lution. Ce
problème
a été traité par M. Carnot dans sa G~ométrie deposition ( pag. 37
( etsuiv; , prob.
XXXVI~.
On- va voir
qu’on peut
en obtenir une solutionbeaucoup plus sin}ple
que la
sienne.
Pour
parvenir à
cettesol~~tion ,
considérons les deuxtnanJes .ABC ,
y~~ ( fi~ i
dont lepremier
estsupposé
letriangle
in-connu
qu’il s’agit
deconstruire ,
au moyen de ses trois hauteursconnues
AA/ , 8~3~ , CC’ ,
tandis que l’autre est untriangle
dedimensions
arbhratres y suppose
seulement semblable àcelui-là
9 et dont les trois hauteurs sontarz~ , bbl,
cc~.A cause de la similitude des deux
triangles ,
et parce q~xe , deplus,
dans un mêmetriangle
les hauteurs sont en raison Inverse desbases,
1 on aura(4’) Ce
problème
est un des95 qui
ont étéproposa
à la page 315 du’VIIÏ.~ volume de ce recueil.
- J~ D. G.
~0~1’I~ ~.x ~ l2.° ~,~’
1.i.~~~yi8i~
039,
294 THÉORÈMES ET PROBLÈMES
~0 CO
orales rapports ~~~ , ~r~~ sont
connus;prenant
donc arbitrairement Je côté ab dutriangle ~~ ~
on pourra, par desquatrièmes
pro-~c~rtio~nelles ,
déiernuner les deux autres ; cetriangle
ac~ pourra donc êtreconstruit ;
et, parsuite ,
on pourra construire ses trois hauteursaa~ , ~~ ~ ~ ;
ceshauteurs
y une fois connues, on dé-terminera
IQS trois côtés dutriangle
ABC par cesproportions,
le
promme
se trouvera donc ainsicomplètement
résolu(~).
~~)
-Soient «,
A y ~, arr les ~p~~ haweurs4i>d)J1ths,..
et ~c , mi, ici/ les troà côtés inconnus 4B1triangle
cherché. Nous aurons’Avec oes t~QÎ4
lianteurs, prises
CO}Jlme côtés , soit comMxuit untria.ogle
~~~a’~ ~- ci9pt
le4 baut~urs soient b ~b~ ~ yr ~
nous aprons enC(lftC .Enfin ,
avec les trois hauteurs ~ ~ ~ , b11 de celui-ci, construisotis - en un~i~~ae ~~ ~
~0~#~ les .trois; ~ut~Ufs . eqient c ~ ci ,CI/ , )cecqqi
~Q¡W$. 44ngrsDE GEOMETRIE ÉLÉMENTAIRE. 295
fT~Z~A BË~
~’. ~c~irntA, Ar,
A~r les trois ~~/72/72~/~ d’untr~an~lr. ~
et
AP
yA~P~,
A~P~ ses troishauteurs ,
secoupant,
~~~7?/72~/’~/tsait,
en a~n rrréme/~/~ C ,
on aura cette su~tc derapports e~au~
,Dé,rnonstration.
Lestriangles
sont
respectivement semblables
auxtriangles
iEn divisant l’une par
l’autre,
les deuxpremières
suitesd’~~alités ~
on aurale
triangle
bbRb~~ est donc semblable autriangle
xx,’xfr; ses hauteurs e s c~, ~~~~,doivent donc être
proportionnelles
aux hauteurs aa~dl~~ decellu-là,
aD doit donc ~v.~~-d’où
ce
qui
~’ournit~ une construction assezélégante.
Au-surplus- ,
la eonstnlOtÏ01B peut être réc~uite à cequi
suit :Avec les trois hauteurs
données , prises
pourc~tés, ~’ornrez
untriangle,
dont-vous menerez les trois hauteurs ; avec ces trois nouvelles hauteurs,
prises é~~~
lement pour c6tés ,
formez
un secondtriecr~~le
* dnnt~ vous ~enerez une seu~e~hauteur ~r~c’can9ue ; et
prolongez-là
au.dessous de la ~~se , de manièr,&~’~1,~~
devienne
égale
à la hauteurcorrespondante
dutriangle
rl~erché. En menant, par l’,-xtrémité de ce prvlongernent ~ uneparallèle
à labase’
elleformera
9 ~~,e~.i,es deux -autriu ~~~~~
p~lon~~s ~
letriar~~le
dem~~ad~,J. D3
~
296 THÉORÈMES
ETPROBLÈMES
(6g. 2 ~puisque
les- uns et les autres sontrectangles et
ont deplus
unangle
commua ; on a doncéquations qui,
étantmultipliées
membre àmembre, donneront
mais , d’après
untl1éorènle
connu( Voyez ,
enparticulier ,
la~’j~~c~ri~ des transvcrsal~s de M.
Carnot ) ,
on adonc
d’où. ,
enextrayant
la racinequarrée ,
on conclura le théorème,énoncé. :
.
-Tï-.~-V’,’ORÈME.
Soitpris
arbitrairement sur leplan
d’untriangle
ABC
unpoint P ,
parlequel
soient menées les droitesAP, 7 BP, CP,
dont lesprolongemens
rencontrentrespectiverr~ent
en,~.~ , B’ ;
gC~ les
dir~etions ~ FC , CA AD ;
soitformé
letriangle
A/B/C’dont les
côlés . BIC’, C~A.~ , A/B’ ,
sontcoupés respectivement
ent~n ~
l~" , ~~f , _ par PA 1 PB, PC j soit formé
letriangle A~~~~’~n ,
DE GÉOMÉTRIE ELEMENTAIRE.
297dont
les côtésp~~rGr~ ~ ~~r~,~t ! A//B/1 ,
sont~ot~~3~s respcct~~~~~~nrnt
en
A,’//, B/~/, Ci//,
par les cll o~’tesPA , PB,
tPC,
et ~tllsi -de s~~t~f e..~.~ Les c~roit~s
BC, ’B’~C~ , B"C//) Br~yrn !
a.,.., cor~~’onrroni en un mérnepoint
a ; les droitesC A , G~1’~~ , ~r’.~,%r , CmAm , ."...
toiicoz,.*rrt~nt en un même poIl~.~
b ;
et les droitesAB ,
1A~~~ ~ A~IBu , A/"/ ) B~~....
concourront en unrn~me, point
c.~.~ Les trois
points
d~e cc~~~cor~rs a,b ~
c,appariïeridront ~
une ~néme
lr~ne
clr~a~te.Dcxno.nstrr~tior~.
Par un théorènle connu, si a,b ,
c sont respec- tivement lespoints
de concours de BC etB/C/,
de CA etC’Al,
deAB et
A/B/ ,
ces troispoints ~ , ~ , ~
seront enligne
droite. En outre, chacun destriangles
de la série indéfinieABC , A~C/, Ai/B//C//, y A~uBrryr~r~
... se trouvantdépendre
de la même manière decelui
qui
leprécède ,
tout se réduira à prouver que .l~rrC’~ passe par a, t C~A~par h,
et A°~$n par c ; s ouplutôt
à démontrersimplement
que B~’G!r passe par a,
puisque
les trois côtés dutriangle
ArrBrrCrise trouvent dans des circonstances absolument semblables.
Il
s’agit simplement
de prouverqu’une
droite menée par B~~ et par a( fig. 3 )
doit passer par AIl. Pour yparvenir, remarquons
que les deux droites CBa etB~C~ ~ qui
secoupent
en a,d’après l’hypothèse
yforment
avec les deux droitesBB~ , CA~,
le qua-£ -ilatère complet B~G~BA~B~B~ ~
dont les troisdiagonales
sontB~’~,
tBC’, A~B~ ;
or, il est connu que Funequelconque
desdiagonales
d’un
quadrilatère complet
estcoupée harmoniquement
par les deuxautres
( Voyez
la ~‘heorie des transversales de MCarnot ) ;
doncle
point
de rencontre c de ~3G~ ou BA a~ecA~13~,
et lepoint
derencontre du
prolongement
dea~rr
avec la mêmedroite A’B~ ,
sontceux où la
diagonale
A’B~ est diviséeharmoniquemcnt.
Mais lafigure
AB~CA~BPA est aussi un
quadrilatère complet,
dont les trois dia-gonales
sontA/B, A’B’ , CP ;
parconséquent ,
ladiagonale
A~B~~6t divi,,.ée
harmoniquement
auxpointe c
-etG~r ~ donc
la droite298 THÉORÈMES
ETP Il 0 B L Ê lvr ES"
,oB,’/ doit passer par le
point ~,r~ ,
et l’ou dèluoa:rcrait. la Li,ême chose pour les deux autres(* , ’,
T~~Of~’.~’,rlE.
Soit un~r~adrilatére corn~lct
dont lesquatre côtés
~oi~nt
ABCI, B~AI , (~AB’) A.~B~C~,
et dont les troisdiagt)nales
soient
conséqi.,eintn,,ni
Arl~ , J8.8~ ,
1 CC/. Soient de~rlus ,
a l’tnter·section de ~~8~ et
~CE ,
b ~‘’ifaterseetiun de CC’ etAA~ ,
c cellede AA~ et
l~~r ;
côt~cevc~ns , en outre, que les tf oisdrir~r~nalés
s’oient
lnc~~~ni~nent ~rolan~~~~s ;
ct soitenfin
urre droite,fixe
etl~tdPfinle ~iN ,
do~nnpe arl~itrairr~rnent sur leplan
duquadrilatère.
Par les deux exiréinités de ellt.~cune des
diagonales
s~~ent menéesdes
~arall~les
J la droitefixe ’INIY ,
Jprolongées ~us~z~’â
leur ren-~~ntre avec les der~x autres
diagonales.
Chaqu.,- di~~ora~le ,
lesparallèles ~arrtant
de ses deux extrémités~~‘ l’une
~a~elcvn~~~
des~ deux autresdia~~~nales
seror~tquatre
droitesdont
l’ensernbleformera
un~l~adr~latére sirn,~~e ,
dr~nt on pourramener les d.-ax
diagonales, les~ucllc~s
secouperont
en un certairx~Qt~i~.
(-) On peut aUBisi
parvenir,.
assezsimplement"
à- la démonstration de et-théorème à l’aide des co-n.5idérations suivantes.
Soient considérés le
triangle
ABC comme laperspective
d’untriangle équi- latéral,
et le P comme laperspective
de son centre, cequi.
estpermis.
les droites BC, $f~~ , t n"cH ,... seront d‘es
perspectives
de droitespar-alJ~les ,
Jet df;:vront:
conséqn.e~ment
tOD’CZour1r en un mêmepoint
a. Pour la même~aiso~ , lés droites CA, C,,Al, C" Ali ’t ..-. concourent en un même
point
b; et les droites AB , A~B~ , AUE", ... concourt:nt en tin mêmepoint
c.Soient
présentement
considérés les deuxtriangles
ABC, A~~$~~C~r camme leI.perspectives
des deux bases d’un tronc de tétraèdre , J à bases nonparal1èles ;
P étant la
perspective
de son sommet. Alors lespoints
a ~ b , c seront lespeT8pectives
de cetm où les côtés de la base supérieure du tronc rerrcontrentleurs
cOl’réspoodan6
dans ta base inférieure; ce sera donc lesperspectives
de1t1lÍs points de l’intersection des
pla"$
des deuxJ~--ses;
etconséquemmeul as.
4ii:vt’oQt étre ça
~l~,ne
droite, çomme ces Bl:oi5points
eux-mênws.~s D~ G.
DE rÉôl~IF"TRIt- t, LÉ-MENTAIRE. 299
u v,
Or ,
comme chacune des troisdiagonales AA~ ~ BR’ , CC’
du
qijadri-latère complet,
combinée tour-à-tour avec les deux autres, donnera naissance à deux de cesquadrilatères simples ;
il arrip,-raqu’ils
seront en tout ait nornbre de six.Cependant
les i’ntersections desdiagonales
de ces six~~clri~
lat~res
simples
ne serontgu’au
lrombre de troisseulement,
c’est~,
à-dit-e ,
gue pour les deuxguadr~latéres
dont un côté serasegment
d’une même
diagonale
et dont les c~l~sopposés
seront les demiautres
diagonales ent~~res ~
lesquatre drâ~Qnales
secouperont
aumême
point.
,~vit‘ ~ le
point
corr~rnun d’intersection desquatre ~’ic~~ona~Ies
de,~.dc3ux
ga~adrilat~res simples qui , s’app~?r~n~
surAA~ ,
on.t pour ler~r~s côtésopposés BBI J
C~~..~ou y
le point
commun d’intersection desquatre dia~~nales
desdeux
quadriltit,,res simples qui s’ap~r~yan.t
surBBJ,
ont pour leurs.côtés
opposés CC’ ,
AA~.Sc,it
enfin
z lepoint commun d’intersection
desquatre dia~©~~al~~
des deux
gt~adrzlatér~es simples qui, s’appuyant
sur~~~ , ont. pou~
leurs côtés
~opposés A,~./ ,
B13Si l’on n~~ne les droites as,
~~ ,
cz, elles aer~nt~~ral~c~le~
entre elles et à la droite
fixe ~YI~.
En oulr-- , les
points a b,
c seront~espe~~’~err~nâ
~n~i~~~
droite avee y et z, z e~ ~ , x
et ~ (*).
. (’BI)
M. Vecten aurait pu considérer aussi les troisquadrilatères simples
que formechaque couple
dediagonales
avec lespaeellèles
à MN menées par les exhthllités de la troisième.Appelant
x~ l’intersection desdiagonales
de celui dont les cô~ésparallèles
pa,ss,ent par A, A~;
appelant y’
1"iiiierse-ction d.esdiagonales
de celui dont lescôtés
parallèles
passent par B, t B’ , etappelarlt
enfin z~ l’intersection des deux,diagonales
de celui dont les côtésparallèles
passent par CC’ ; il .arrive que x‘ ~~~ ~
z~ sontrespectivement
sur les droites yxa, xxb , xyc.M. V t£len aurait pu
ajouter
encore que tout cequi précède
ne cesse pas300
TI-1-EÔRÊMES ET PROBLÈMES
Démonstration.
On s’assurera facilement de la vérité de ~ethéorème
enremarquant
que la détermination de chacun despoints
:r ~ y , 9 z , du
point
x , parexemple
y revient à celle que donneM.
Brianchon
dans son Mémoire sur lesli~nes
du secondardre,
où il
propose ( Art. LIV )
de d~c~rtre unehyperbole qui
toirchequatre
droitesdonnées ;
etqui
ait lune de sesasy~rnptotes paral‘~.
lèle à une droite dgnné,, de
peslt~‘on ;
car , si nous supposo~s que lesquatre
droitesB’C/, ~~~, BC, B~~ ; fige 4 )
soient lestangentes
données àl’hyperbole
cherch e ,qui
doit avoir en outre , une de ses asymp-totes
parallèle
à la droiteMN ;
laparallèle
à cette dernière droite conduitepar B ,
rencontrera la courbe cherchée en unpoint
quenous
représenterons
parU ,
y etqui
sera situé al’infini ;
on connaîtradonc
quatre tangentes
et unpo~nt
de¡’hyperbole cherché-e ;
on pourradonc la construire
d’après
l’article LI de1 ouvrage
cite. Pourcela,
il faudrajoindre
lepoint a
aupoint U , c’est-à-dire t
mener par aune
parallèle
ax à1~IL~t , puis
mener par B l’une desdiagonales
du
quadrilatère simple qui , ayant
BB~ pour l’un de ses deux côtésnon
parallèles,
a sonopposé
surAA/ ;
et lepoint
x de rencontrede cette droite avec la
première
sera un despoints
de lacourbe.
Or ,
on aurait tout aussi bien pu mener l’autrediagonale
du qua-drilatère;
et son intersection avec ax aurait étéégalement
unpoint
de la
courbe ;
or, cette cettecourbe , ayant déjà
unpoint
U surt7x n’en saurait avoir deux autres sur cette
droite ; done ,
l’autrediagonale
doitégalement
passer par lepoint x , qui
est évidemmentle milieu de la
portion
de laparallèle
à MN conduite par a, in-terceptée
entre AA~ etRB’ ;
cequi
démontre lapremière partie
deà7’ètre vrai , lorsque
les droites , au lien d’êtreparallèles à
une droite fixeMN,,,
concourent en un
point
fixequelconque.
Tout cela
paraît pouvoir
se démontrer facilement, au moyen de cequi a
ïté wt à la page i83 dtu Vll.’O voimnc de ce recueil.
J. f D. G.
l1otr~
DE GÉOMÉTRIE ÉLÉMENTAIRE.
30Inotre
theorètne,
et eti mêmetemps
le théorétne LIV deI’ou~-ra~e
de AI. Briaochon. Il est
clair , d’ailleurs , qu’on pourrait
faire letnérxce raisonnement sur l’intersection des deux
d
du qcia--drilatère
siii-iple qui ayant
CC~ pour l’un de sescôtr~s ,
a 3us~ison
opposé
surAAI
etqu’ainsi
cette intersection doit se cor~fon~ireavec le
point
xqui
se trouve ainsi l’intersection desquatre diago-
nales de deux
quadrilatères simples
et d’uneparallèle
à MN con-duite par a. On demont rerait évidemment des choses
analogues
despoints
y, z.Quant
à la secondepartie
duthéorèule,
on voit queles trois
points
x , ~ , zappartenant
avec lepoint
U à la sectionconique qui
touche à la fois 1-esquatre
droitesB/C’, BIC , BC ~
CB/ ,
il résulte de l’article XXIII del’ouvrage
cité que deuxquel-
conques de ces trois
points
sonttoujours
enligne
droite avec undes trois
points
a,b ,
t c.f ~’~1.~~~.~~’~~.
Si l’onprolonge, dans
un même sens, les troi’~.ç~’ôtés d’u,~
triangle ABC,
desquantités BC/, CA’, AB’,
respec- tivementégales
aux eôtésconsécutifs BC~ , CA , AB ;
quel’~~r~ ~rc~.
longe
les niêmes-côtés
eri sensinverse ,
des9uanti’tés AC~~ , CB~I g
BA~~
respertivemerat égales
aux c~ôté,~conséEUtzf,~ AC, CB, BA
que J’on mène les six droites
AA~ , BB~ , CC, , AA/,’ , BB// CC~~~
et
qu’enfin
on mène les trois droitesAa , BI>,
Cc divisant lesangles
dutriangle
en deuxparties ~~ales ,
et se terminant e~ a),~ 3
c, au x côtésoppr~sés ,
on a-ara,Démonstration. Par la
construction ( fige 5 ),
les droitesAA/ ’-’
BB/,
CC’’ sontrespectivement parallèles
aux droitesBB~, C~.~~~, ,AA~~ ;
d~ où il résulte que lestriangles ACA/, $AB~ ,
CBC’ sontrespectivement
semblables auxtriangles $~.~i~f , CAC~~, ABA,// ~
el.qu’ainsi
on a~~o~n ~
lx40,
302 THÉORÈMES ET PROBLEMES
ce
qui donne t
enmultipliant,
ou
et
démontre
ainsi lapremière partie
de la doubleégalité
ci-dessus.Par la m-ême
construction ,
les droitesAa, Bb, ~~
sont respec- tivementparallèles
aux droitesBBI , CC’ , AA/ ;
d’où il résulte que lestriangles CBB/, BAA/ ~
ACC’ sontrespectivement
sem-blables
auxtriangles CaA, BeC, AbB ,
etqu’ainsi
on ace
qu~ donne ,
enmultipliant
mais, d’après
laconstruction ,
on adonc
enfince
qui
démontre la secondepartie-
de notredouble égalité.
Soient
B , B/ 1) B~ ~
,respectivement ,
lespoints
où les côtesAlA r,
A-111 a
À~A~ d’untl’iangle
,A.A~~.~~ sont rencontrés par les droitesDE GEOMETRIE ÉLÉMENTAIRE. 303
qui
>partant
de ses sommets,divisent
sesangles
en deuxparties
égales. Suivant
un théorème connu( Voyez
la~èv~étr~~
deM.
LEGENDRE) 1
on au:aon aura de
plus,
par un autre théorèmeconnue
et par suite
ou
de cette
double proportion
on tirerasubstituant
ces deux valeurs dans Iapremière équation ei-dessue
on en tirera
ou encore
Cela
pose , d~~ïgr~Q~a~ s!mp!eïnent par ~ , ~’ , ~’~
les troi’g eêl,és, d!un.triangle
et pard , c~~ ~
~n )e~ droitesqui ,
divisant ses~r~~lc~~
eH deux
parties égales J
se terminent aux c6~~~~o~~~ ~
nous au....rons 1 par ce
qui précède
304 THEOREMES ET PROBLÈMES
prenant
donc la racinequarrée
duproduit
de ces troiséquations 7
il viendra
équation qui donne ,
sous une formeélégante ,
leproduit
desdroites
qui
divisent lesangles
d’untriangle
en deuxparties égales,
en fonction des côtés de ce
t~riangle.
On
peut simplier
cetteéquation
enremarquant
que le radical du second membre est lequadruple
de l’aire dutriangle, En repré-
1
sentant ainsi cette aire
par 1 ,
il vientOn
peut,
dans cette dernièreexpression ,
introduire le rayon du cerclecit-conscrit ;
onsait,
ene~Fet , qu’en représentant
cerayon
par ~ ,
on a~c~c~~ =l~~:~ ,
cequi donne,
ensubstituant,
Si l’on
veut y Introduire ,
aucontraire ,
le rayon du cercle Ins-crit,
en ledésignant
par r, il suffira de serappeler que ~~’~r~G~-c~~-~~~~,
ee
qui
donnera305
DE GEOMETRIE ELEMENTAIRE.
Si l’on
désigne
par p,pl , p~l
les trois hauteurs dutriangle ~
on aura
d’où,ou
substituant donc,
dans la dernièreexpression ~
elledeviendra
En
comparant
cette dernière formule à laformule (3)~
on endéduit
et par suite
relation
remarquable
par sasimplicité.
Il est d’ailleurs connu