Les quadrilatères sont le plus gros chapitre de géométrie de l'examen : environ une question sur six parmi les questions de géométrie des annales.
Elles se ressemblent toutes : une figure, une ou deux données, et une aire, une longueur ou un angle à trouver — ou bien quatre affirmations, dont une seule est « nécessairement vraie ».
Le formulaire imprime l'aire du rectangle et celle du trapèze. Tout le reste se déduit, en huit gestes.
Geste 1 — La famille : qui est un cas particulier de qui
Chaque quadrilatère de l'examen se définit par une seule phrase, et tout le reste en découle.
Le parallélogramme a deux paires de côtés parallèles. Le rectangle, le losange et le carré sont des parallélogrammes avec quelque chose en plus.
Deux figures restent hors de cette famille. Le trapèze a une seule paire de côtés parallèles — le mot « seule » compte : un parallélogramme n'est pas un trapèze.
Le deltoïde (cerf-volant) a deux paires de côtés consécutifs égaux. Il est au programme de l'examen, et le losange en est un cas particulier.
Ce qui est vrai pour le parent est vrai pour l'enfant, jamais l'inverse. Toute propriété du parallélogramme vaut pour le rectangle, le losange et le carré. Une propriété du rectangle ne vaut pas pour tout parallélogramme.
Un quadrilatère a quatre côtés égaux et un angle droit. Quel est son nom le plus précis ?
Voir la réponse et le corrigé
Un carré. Quatre côtés égaux en font un losange, donc un parallélogramme ; dans un parallélogramme, un angle droit force les trois autres (les angles consécutifs font ). C'est donc aussi un rectangle, et le seul losange-rectangle est le carré.
Geste 2 — Les diagonales : ce qui est nécessairement vrai
Une question sur trois de ce chapitre ne demande aucun calcul : quatre affirmations, une seule forcée.
Elles portent presque toujours sur les diagonales : c'est là que les figures se distinguent.
les diagonales se coupent en leur milieu
en leur milieu, et elles sont égales
en leur milieu, perpendiculaires, et elles partagent les angles en deux
les trois : milieu, égales, perpendiculaires
perpendiculaires ; l'une coupe l'autre en son milieu, pas l'inverse
égales, mais elles ne se coupent pas en leur milieu
La méthode du contre-exemple. Pour savoir si une affirmation est *nécessairement* vraie, dessinez le membre le plus quelconque de la famille : un parallélogramme bien penché, un losange bien aplati.
Regardez si l'affirmation y survit. Une seule figure où elle tombe suffit à l'éliminer.
Les réciproques qui ne marchent pas.
un deltoïde a des diagonales perpendiculaires sans être un losange
un trapèze isocèle a des diagonales égales
Les diagonales d'un parallélogramme sont perpendiculaires. Que peut-on affirmer de ses côtés ?
Voir la réponse et le corrigé
Ils sont tous égaux : c'est un losange. Les diagonales se coupent déjà en leur milieu (c'est un parallélogramme) ; perpendiculaires en plus, chaque sommet est sur la médiatrice de la diagonale qui ne passe pas par lui. Mais rien sur les angles : ce n'est pas forcément un carré.
Geste 3 — Les angles : , et les paires qui font
Les quatre angles d'un quadrilatère font toujours : une diagonale le coupe en deux triangles.
Chaque paire de côtés parallèles donne des angles consécutifs supplémentaires : le long d'un côté qui relie deux parallèles, les deux angles font .
tout quadrilatère
opposés égaux, consécutifs supplémentaires
seulement le long des jambes, entre les deux bases
angles d'une base égaux, opposés supplémentaires
les deux angles où se rencontrent des côtés inégaux
Un trapèze isocèle a un angle de . Que valent les trois autres ?
Voir la réponse et le corrigé
, et . L'autre angle de la même base vaut aussi , et chacun a pour voisin, le long de sa jambe, un angle de . Vérification : .
Geste 4 — Le parallélogramme : base fois hauteur
L'aire d'un parallélogramme n'est pas le produit de ses côtés.
On découpe le triangle qui dépasse, on le recolle de l'autre côté : un rectangle de même base et de même hauteur. D'où .
une base et la hauteur qui lui est perpendiculaire
deux bases, deux hauteurs, une seule aire
un triangle qui a pour base un côté du parallélogramme et son sommet sur le côté opposé
un parallélogramme et un rectangle, par exemple
L'erreur qui coûte le plus de points.
le côté oblique n'est pas la hauteur : il est toujours plus long qu'elle
Un parallélogramme a une aire de . On choisit un point sur un côté et on le relie aux deux extrémités du côté opposé. Quelle est l'aire du triangle obtenu ?
Voir la réponse et le corrigé
, où que soit le point. Le triangle a pour base un côté du parallélogramme et pour hauteur la distance entre les deux côtés parallèles : c'est la moitié de .
Geste 5 — Le deltoïde et le losange : la moitié du produit des diagonales
Le deltoïde a deux paires de côtés consécutifs égaux : et .
Sa diagonale est son axe de symétrie — le seul, sauf dans un losange. Elle coupe l'autre diagonale en son milieu, à angle droit.
l'aire de tout quadrilatère aux diagonales perpendiculaires : deltoïde, losange, carré — pour un carré de diagonale ,
Un losange et un carré de même côté n'ont pas la même aire.
L'aire du losange est côté fois hauteur, et sa hauteur raccourcit dès qu'il penche. Le losange d'angle est le cas d'examen : deux triangles équilatéraux.
à côté égal, sauf si le losange est le carré
deux équilatéraux de côté a
la hauteur est la moitié du côté (demi-équilatéral)
Deux oublis fréquents.
le produit des diagonales est l'aire du rectangle qui entoure la figure
c'est l'angle qui décide de l'aire d'un losange
La diagonale d'un carré mesure . Quelle est son aire ?
Voir la réponse et le corrigé
. Un carré est un losange : . On évite ainsi de calculer le côté, , puis de l'élever au carré — même résultat, deux étapes de plus.
Geste 6 — Le trapèze : découper en rectangle et triangles
La formule du formulaire, , demande la hauteur, que l'énoncé donne rarement.
On la trouve en abaissant les deux hauteurs depuis la petite base : un rectangle au milieu, deux triangles rectangles sur les côtés.
Dans un trapèze isocèle, les deux triangles sont égaux, et chacun a pour base .
chaque triangle est un demi-carré
chaque triangle est un demi-équilatéral
l'autre côté est la hauteur
Pythagore, dans tous les cas
La base du petit triangle.
dans un trapèze isocèle, l'écart des bases se partage entre DEUX triangles
Un trapèze a des bases de et . Un rectangle a la même hauteur et la même aire. Quelle est la base du rectangle ?
Voir la réponse et le corrigé
. : l'aire du trapèze est celle d'un rectangle de base et de même hauteur. La hauteur n'a pas besoin d'être connue.
Geste 7 — La bissectrice qui cache un triangle isocèle
Dans un parallélogramme, la bissectrice d'un angle coupe le côté opposé et découpe un triangle isocèle.
L'angle qu'elle forme avec ce côté est l'alterne-interne de la moitié d'angle qu'elle vient de créer. Deux angles égaux, donc deux côtés égaux : une longueur connue se recopie.
le côté coupé commence par un morceau égal au côté voisin
ce qui reste du grand côté
si la bissectrice arrive au sommet, c'est un losange
les bissectrices de deux angles consécutifs se coupent à angle droit
De la longueur au périmètre
Dans le parallélogramme , la bissectrice de coupe en . On donne et . Quel est le périmètre ?
le triangle ABE est isocèle
le côté entier
le périmètre du parallélogramme
Dans un parallélogramme , la bissectrice de coupe exactement en son milieu. Que vaut le rapport ?
Voir la réponse et le corrigé
. Le triangle est isocèle : . Et est la moitié de , donc de .
Geste 8 — Le rectangle mis en équation
Un rectangle a deux inconnues : sa longueur et sa largeur.
L'énoncé donne deux informations — l'aire, le périmètre, la diagonale, un rapport — et chacune s'écrit en une équation.
le périmètre — a + b seul n'est que le demi-tour, et l'erreur divise toute l'équation par deux
la diagonale, par Pythagore
les triplets à reconnaître, et leurs multiples
Deux faits à connaître sans calcul. À périmètre fixé, le carré a la plus grande aire ; à aire fixée, il a le plus petit périmètre.
Le rapport aire sur périmètre, lui, grandit avec la taille : multiplier les côtés par multiplie l'aire par , et le périmètre par seulement.
Le carré ne gagne donc qu'à périmètre égal : un rectangle a un rapport de , plus que le du carré . Pour comparer des rapports, calculez-les.
En résumé, six réflexes :
ce qui vaut pour le parallélogramme vaut pour toute la famille
elles tranchent les « nécessairement vrai »
la somme des angles, puis deux angles le long d'un côté entre deux parallèles
l'aire : base fois hauteur, la moitié du produit des diagonales, ou le trapèze découpé
elle cache un triangle isocèle
deux inconnues, deux équations
Exercices
Exercice 1
est un losange. Laquelle des affirmations suivantes est nécessairement vraie ?
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Réponse : B
Corrigé :
la définition du losange
B et D sont à égale distance de A et de C : ils sont sur la médiatrice de AC
La bonne réponse : « ». Le losange est un parallélogramme à quatre côtés égaux, et c'est ce qui rend ses diagonales perpendiculaires : chaque sommet est à égale distance des deux extrémités de l'autre diagonale. « » est la propriété du rectangle : un losange qui n'est pas un carré a une grande et une petite diagonale. « » ferait du losange un carré, ce que rien ne dit. « » n'arrive que pour un angle précis de en , qui rend le triangle équilatéral : un cas particulier, pas une règle.
Exercice 2
Dans le parallélogramme , l'angle dépasse l'angle de . Que vaut ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : C
Corrigé :
deux angles consécutifs d'un parallélogramme font 180°
D et B sont opposés
La bonne réponse : « ». et sont consécutifs : , donc et . est consécutif à lui aussi, donc égal à — c'est l'opposé de . « » est , donc aussi : l'opposé de , pas son voisin. « » oublie l'écart de : deux angles consécutifs égaux, c'est le rectangle. « » est l'écart entre les deux angles, pas un angle de la figure.
Exercice 3
est un deltoïde : et . Ses diagonales mesurent et . Quelle est son aire ?
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Réponse : C
Corrigé :
la moitié du produit des diagonales
La bonne réponse : « ». Les diagonales d'un deltoïde sont perpendiculaires : le deltoïde occupe la moitié du rectangle construit sur elles. « » est le rectangle entier : la division par a été oubliée. « » divise deux fois, comme si le deltoïde était un triangle de base et de hauteur la moitié de . « Les données ne suffisent pas » croit qu'il faut les côtés : les deux diagonales suffisent.
Exercice 4
Un trapèze isocèle a une petite base de , une hauteur de , et des angles de à la grande base. Quelle est son aire ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : B
Corrigé :
deux demi-carrés (angles de 45°) de côté 4, un de chaque côté
la formule du trapèze
La bonne réponse : « ». Chaque hauteur découpe un demi-carré : son côté horizontal est égal à la hauteur, . La grande base vaut donc . « » ne compte que le rectangle du milieu, sans les deux demi-carrés. « » multiplie la grande base par la hauteur, comme pour un rectangle. « » n'ajoute qu'un seul demi-carré à la petite base : grande base .
Exercice 5
est un parallélogramme de périmètre . La bissectrice de coupe le côté en , et . Que vaut ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : B
Corrigé :
alternes-internes, puis la bissectrice
le triangle ABE est isocèle
le périmètre
La bonne réponse : « ». La bissectrice fabrique un triangle isocèle : . Si , alors et le périmètre vaut . « » est , le grand côté. « » partage le périmètre en quatre, comme pour un losange. « » est : le demi-périmètre moins , qu'il fallait encore partager en deux.
Exercice 6
Parmi tous les rectangles de périmètre , quelle est la plus grande aire possible ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : B
Corrigé :
le demi-périmètre
le carré donne l'aire maximale
un rectangle voisin du carré fait moins
La bonne réponse : « ». À périmètre fixé, l'aire est maximale quand le rectangle est un carré : côté . « » prend le demi-périmètre, , pour le côté du carré. « » est l'aire d'un rectangle : proche du carré, mais pas le maximum. « » confond l'aire avec le périmètre.
Exercice 7
Les diagonales de cette figure sont-elles forcément égales ?
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Réponse : rectangle — Forcément égales · carré — Forcément égales · trapèze isocèle — Forcément égales · losange — Pas forcément · parallélogramme — Pas forcément · deltoïde — Pas forcément
Corrigé :
la propriété du rectangle, héritée par le carré
par symétrie, sans se couper en leur milieu
Le losange, le parallélogramme et le deltoïde ont en général une grande et une petite diagonale. Le piège : croire que des diagonales égales font un rectangle — le trapèze isocèle en a aussi.
Exercice 8
Dans le parallélogramme , l'angle vaut trois fois l'angle . Que vaut , en degrés ?
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Réponse : 135
Corrigé :
deux angles consécutifs font 180°
. Le piège : écrire . Deux angles consécutifs font ; c'est la somme des quatre qui fait .
Exercice 9
Dans la figure, trois angles sont obtus. On peut agrandir l'angle jusqu'à le rendre obtus lui aussi, sans changer les trois autres.
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Réponse : Faux
Corrigé :
la somme des quatre angles est fixée
Faux. Les trois autres fixés, vaut forcément . Et quatre angles obtus sont impossibles dans tout quadrilatère : ils dépasseraient .
Exercice 10
Un parallélogramme a des côtés de et . La hauteur relative au côté mesure . Que vaut la hauteur relative au côté ?
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Réponse : 5
Corrigé :
l'aire, avec le côté 10 et sa hauteur
la même aire, avec le côté 8
. Une seule aire, deux façons de l'écrire. Le piège : , le produit des côtés, qui n'est pas l'aire.
Exercice 11
Le parallélogramme a une base et une hauteur . Le point est sur le côté . Complétez.
Aire de ABCD = ____ ; aire du triangle ABE = ____.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : Aire de ABCD = 36 ; aire du triangle ABE = 18.
Corrigé :
base fois hauteur
même base, même hauteur, divisé par 2
Le triangle a la même base et la même hauteur que le parallélogramme : il en fait la moitié, où que soit sur .
Exercice 12
Un losange a des diagonales de et . Quelle est son aire ?
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Réponse : 120
Corrigé :
la moitié du produit des diagonales
. Le piège : , le rectangle qui entoure le losange.
Exercice 13
Un trapèze rectangle a des bases de et , et son côté oblique mesure . Quelle est son aire ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 88
Corrigé :
un seul triangle, qui prend tout l'écart des bases
Pythagore : le triplet 6, 8, 10
la formule du trapèze
. Dans un trapèze rectangle, l'écart des bases ne se partage pas en deux : un seul triangle le prend. Le piège : , comme dans un trapèze isocèle.
Exercice 14
Associez chaque rectangle à son autre côté.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : aire , un côté — · périmètre , un côté — · diagonale , un côté — · diagonale , un côté —
Corrigé :
l'aire, puis le demi-périmètre
Pythagore, avec la diagonale pour hypoténuse
Une donnée, une équation. Le piège du périmètre : oublie que compte chaque côté deux fois.
Exercice 15
Dans le parallélogramme , . La bissectrice de coupe le côté en , et . Quel est le périmètre ?
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : 34
Corrigé :
alternes-internes, puis la bissectrice
le triangle ABE est isocèle
. La bissectrice a recopié sur . Le piège : , qui prend le morceau pour le côté entier.
Exercice 16
Quatre losanges de côté . Rangez-les de la plus petite aire à la plus grande.
Voir la réponse et le corrigé
Réponse : angle · angle · angle · angle
Corrigé :
côté fois hauteur, la hauteur grandit avec l'angle
Même côté, mais pas même hauteur : plus le losange se redresse, plus il gagne d'aire, jusqu'au carré. Le piège : croire que quatre côtés de donnent toujours .