Sur les vingt-six sessions dépouillées, une à cinq questions par examen portent sur un cercle.
Presque toutes posent leur donnée sur une figure : un angle marqué, une zone grisée, un arc en gras.
Le formulaire imprime l'aire du disque, le périmètre du cercle et l'aire d'un secteur. Il n'imprime ni la longueur d'un arc, ni les propriétés des angles, ni celles de la tangente : c'est tout cela qu'il faut savoir voir.
Ce cours tient en huit gestes. Le premier fixe le vocabulaire et les formules ; les sept autres sont les sept façons dont l'examen s'en sert.
Geste 1 — Le vocabulaire et les formules
Le cercle est la ligne ; le disque est la surface qu'elle entoure. Un énoncé parle du « périmètre du cercle » et de « l'aire du disque » — parfois « l'aire du cercle », par abus.
Le rayon va du centre au cercle. Le diamètre traverse le cercle en passant par le centre.
Une corde joint deux points du cercle, sans passer forcément par le centre : le diamètre est la plus longue des cordes.
Un arc est un morceau du cercle ; un secteur, la part de disque entre deux rayons. Une tangente touche le cercle en un seul point.
l'aire du disque
le périmètre du cercle
l'aire d'un secteur d'angle au centre x°
la longueur de l'arc — absente du formulaire
Laissez en symbole. Les réponses de l'examen s'écrivent « », jamais « ». Remplacer par ne fait que perdre du temps et rendre les options indiscernables.
Le rayon est la seule mesure qui entre dans les deux formules. Quelle que soit la donnée, passez par lui.
Geste 2 — Tout est une fraction de 360
Un secteur d'angle est la fraction du disque, et son arc la même fraction du cercle.
Trouvez cette fraction une fois — par l'angle, par l'aire ou par l'arc —, et elle donne les deux autres. L'examen pose la question dans les deux sens.
Deux formules en découlent. L'aire d'un secteur vaut , comme un triangle de base l'arc et de hauteur le rayon.
Et le périmètre d'un secteur compte ses deux rayons en plus de l'arc.
Un secteur de rayon a une aire de . Quelle est la longueur de son arc ?
Voir la réponse et le corrigé
. Par la formule : , donc arc . Ou par la fraction : le disque de rayon a une aire de , le secteur en est les , et .
Geste 3 — Longueur ×k, aire ×k²
Le périmètre est proportionnel au rayon ; l'aire est proportionnelle à son carré.
Rayon multiplié par : périmètre multiplié par , aire par . C'est vrai de toute longueur du cercle (diamètre, arc, corde) et de toute aire (secteur, segment).
Le piège du double.
l'aire suit le carré du rayon
l'aire augmente de 44 %
À l'envers aussi : une aire multipliée par vient d'un rayon multiplié par .
Et un périmètre en cm ne se compare jamais à une aire en cm² sans le rayon : les deux peuvent être dans n'importe quel ordre.
Geste 4 — Tracer les rayons qui manquent
Tous les rayons d'un cercle sont égaux. Deux points du cercle reliés au centre font donc un triangle isocèle, aux deux angles de base égaux.
C'est le geste le plus rentable du chapitre : dans une question d'angles, tracez d'abord les rayons vers tous les points nommés du cercle.
Dans un cercle de centre , la corde est vue du centre sous un angle . Que vaut ?
Voir la réponse et le corrigé
. Le triangle est isocèle en : ses deux angles de base valent .
Geste 5 — Angle inscrit, angle au centre
Un angle inscrit a son sommet sur le cercle ; un angle au centre, au centre.
Quand les deux interceptent le même arc, l'angle inscrit vaut la moitié de l'angle au centre. Ce théorème n'est pas au formulaire, et il porte presque toutes les questions d'angles.
l'angle inscrit vaut la moitié de l'angle au centre
un angle inscrit dans un demi-cercle est droit
deux angles inscrits qui regardent le même arc sont égaux
dans un quadrilatère inscrit, deux angles opposés sont supplémentaires
Le mauvais arc.
un point du petit arc regarde le GRAND arc
La règle se lit donc toujours ainsi : l'angle inscrit intercepte l'arc qui ne contient pas son sommet.
Et sa réciproque sert autant : un triangle rectangle inscrit a son hypoténuse sur un diamètre.
Geste 6 — La tangente : un angle droit, deux longueurs égales
Une tangente est perpendiculaire au rayon mené au point de contact. Dès que ce rayon est tracé, un triangle rectangle apparaît, avec Pythagore.
Et depuis un point extérieur, les deux tangentes au cercle ont la même longueur.
Le cas d'examen : la distance au centre vaut deux fois le rayon. Le triangle rectangle est alors le 30-60-90 du formulaire.
Le rayon et la droite font ; l'angle au centre entre les deux points de contact vaut , et les deux tangentes forment un angle de .
Geste 7 — Polygones et cercle : chercher le triangle rectangle
Un polygone inscrit a ses sommets sur le cercle ; un polygone circonscrit a ses côtés tangents au cercle.
Dans un polygone régulier, le centre, un sommet et le milieu d'un côté forment un triangle rectangle. Son hypoténuse est le rayon du cercle circonscrit ; ses côtés, le rayon du cercle inscrit et le demi-côté.
la diagonale est un diamètre du cercle circonscrit
six triangles équilatéraux autour du centre
les deux centres coïncident, aux deux tiers de la hauteur
l'hypoténuse est un diamètre
Gardez les carrés. Une aire de disque ne veut que : si Pythagore vous donne , n'écrivez jamais pour le remettre au carré ensuite.
Un carré est inscrit dans un cercle de rayon . Quelle est l'aire du carré ?
Voir la réponse et le corrigé
. La diagonale est un diamètre, , et l'aire d'un carré vaut la moitié du carré de sa diagonale : .
Geste 8 — L'aire grisée : une somme de pièces connues
Une zone grisée n'a presque jamais de formule. Elle s'écrit comme une somme ou une différence de pièces qui en ont une : disque, secteur, triangle, carré.
Nommez les pièces avant d'écrire un calcul.
la zone entre une corde et son arc, la pièce la plus fréquente
entre deux cercles de même centre : seule la différence des carrés compte
la partie commune de deux disques, coupée par la corde commune : deux segments, égaux quand les rayons le sont
entre un angle droit et un cercle tangent à ses deux côtés
Avant de calculer, regardez si un morceau de la figure se déplace sur un autre : deux demi-disques retirés d'un côté et rendus de l'autre ne changent rien à l'aire. Et une réponse de la forme « multiplié par un nombre, moins un nombre » signale presque toujours un segment.
Et dans un repère
Le cercle de centre et de rayon est l'ensemble des points situés à la distance de .
Un point est sur le cercle si Pythagore, appliqué aux écarts de coordonnées, donne . Aucune équation n'est nécessaire.
Et le geste 5 reste valable : si un cercle passe par l'origine et coupe les deux axes, le segment qui joint ces deux points d'intersection est un diamètre.
Le point est-il sur le cercle de centre et de rayon ?
Voir la réponse et le corrigé
Oui. Les écarts valent et , et .
Les exercices ci-dessous vérifient un geste chacun. L'unité suivante déroule cinq questions de l'examen pas à pas, sur une figure animée.
Exercices
Exercice 1
Sur un cercle de rayon , quelle est la longueur de l'arc intercepté par un angle au centre de ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : D
Corrigé :
la fraction du tour
la même fraction du périmètre
La bonne réponse : « ». « » applique la fraction à l'aire . « » prend le diamètre pour rayon, et « » oublie le de .
Exercice 2
Le rayon d'un disque est multiplié par . Par combien son aire est-elle multipliée ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : B
Corrigé :
l'aire contient le carré du rayon
La bonne réponse : « ». « » traite l'aire comme une longueur, « » multiplie par , et « » est le facteur d'un volume.
Exercice 3
Dans un cercle de centre , . Le point est sur le grand arc . Que vaut ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : B
Corrigé :
C, sur le grand arc, regarde le petit arc AB
La bonne réponse : « ». « » serait l'angle vu d'un point du petit arc. « » recopie l'angle au centre, et « » est l'angle de base du triangle isocèle.
Exercice 4
Le point est à du centre d'un cercle de rayon . Quelle est la longueur d'une tangente menée de au cercle ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : C
Corrigé :
le rayon OT est perpendiculaire à la tangente PT
La bonne réponse : « ». « » additionne les carrés comme si était un côté de l'angle droit — c'est l'hypoténuse. « » soustrait les longueurs sans les mettre au carré, et « » les additionne.
Exercice 5
Un disque est inscrit dans un carré de côté . Quelle est l'aire de la partie du carré située hors du disque ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : C
Corrigé :
le disque touche les côtés en leur milieu
le carré privé du disque
La bonne réponse : « ». « » prend le côté pour rayon, et « » retire le périmètre au lieu de l'aire. « » ne garde qu'un quart de la figure, un seul coin.
Exercice 6
Lequel de ces points se trouve sur le cercle de centre et de rayon ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : A
Corrigé :
les écarts 6 et 8 donnent la distance 10
La bonne réponse : « ». On calcule les deux écarts de coordonnées, puis Pythagore. « » a des écarts de et : sa distance au centre est . « » a des écarts de et , soit . « » est à la verticale du centre, à la distance seulement.
Exercice 7
Associez chaque donnée au rayon du cercle.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : périmètre — · aire — · diamètre — · aire —
Corrigé :
un périmètre : on divise par
une aire : on prend la racine
Le piège : diviser une aire par () au lieu d'en prendre la racine, ou oublier le du périmètre.
Exercice 8
Sur un cercle de rayon , un arc mesure . Quel est l'angle au centre qui l'intercepte, en degrés ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 90
Corrigé :
le périmètre entier
l'arc est un quart du cercle
donc un quart de tour
La fraction du cercle est la fraction du tour. Le piège : comparer l'arc à l'aire , ou au demi-périmètre (on trouverait ).
Exercice 9
Un secteur de rayon a un angle au centre de . Complétez.
Le secteur est le tiers du disque : son aire vaut ____ π et son arc mesure ____ π.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : Le secteur est le tiers du disque : son aire vaut 12 π et son arc mesure 4 π.
Corrigé :
la fraction du tour
un tiers de l'aire du disque
un tiers du périmètre
Une seule fraction, , sert aux deux. Le piège : appliquer à l'arc la fraction de l'aire du disque, ou l'inverse.
Exercice 10
Si le rayon d'un disque augmente de , son aire augmente de .
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : Vrai
Corrigé :
l'aire suit le carré du facteur
soit de plus
Vrai. Le piège : croire que l'aire augmente de , comme le rayon — ou de , en doublant le pourcentage.
Exercice 11
Dans un cercle de centre , la corde vérifie . Que vaut , en degrés ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 110
Corrigé :
deux rayons : le triangle OAB est isocèle
les angles de base
la somme des angles du triangle
Le piège : doubler comme pour un angle inscrit (). Ici, est un angle de base d'isocèle, pas un angle inscrit.
Exercice 12
Ce quadrilatère (sommets dans cet ordre) peut-il être inscrit dans un cercle ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : , , , — Inscriptible · , , , — Pas inscriptible · un rectangle — Inscriptible · un losange d'angles et — Pas inscriptible · un trapèze isocèle d'angles et — Inscriptible · un parallélogramme d'angles et — Pas inscriptible
Corrigé :
la condition : deux angles opposés supplémentaires
ses angles opposés le sont
Un angle inscrit et son opposé regardent les deux arcs qui font le tour : ils font ensemble. Le piège : le losange et le parallélogramme ont des angles opposés égaux, pas supplémentaires.
Exercice 13
D'un point , on mène les tangentes et au cercle de centre , avec . Que vaut , en degrés ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 140
Corrigé :
rayon et tangente sont perpendiculaires
la somme des angles du quadrilatère OAPB
Les deux angles droits font de le supplémentaire de . Le piège : , le double de , comme si était sur le cercle.
Exercice 14
Un carré de côté . Rangez du plus petit au plus grand.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : le rayon du cercle inscrit · le rayon du cercle circonscrit · le côté · la diagonale
Corrigé :
le cercle inscrit touche les côtés en leur milieu
la diagonale est un diamètre du cercle circonscrit
le côté, puis la diagonale
Le triangle centre-sommet-milieu a pour côtés , le demi-côté , et pour hypoténuse . Le piège : confondre avec le côté — c'est vrai de l'hexagone, pas du carré.
Exercice 15
est le centre d'un cercle de rayon , et . On cherche l'aire du segment grisé, entre la corde et l'arc. Une ligne est fausse : trouvez-la.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : →
Corrigé :
un triangle rectangle : la moitié du produit des côtés de l'angle droit
La deuxième ligne. Le triangle est la moitié du carré construit sur et . Le piège : écrire l'aire du carré, .
Exercice 16
Deux cercles de même centre ont des rayons et . L'aire de la couronne grisée vaut . Que vaut ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 40
Corrigé :
le grand disque moins le petit
Le piège : , le carré de la différence au lieu de la différence des carrés.
Exercice 17
Un cercle de centre passe par le point . Quel est son rayon ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 5
Corrigé :
les écarts de coordonnées
Pythagore
Le rayon est la distance . Le piège : additionner les écarts () au lieu de passer par Pythagore.