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Homothétie
Géométrie Cours de mathématiques de 3e (troisième) · chapitre 9 · L'homothétie
Version interactive : dans l'application, les points des figures se déplacent, les figures se construisent pas à pas à la règle et au compas et un quiz s'invente à chaque essai.
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1
L'homothétie
A
Agrandir et réduire à partir d'un point
- La figure ℱ₂ est un agrandissement de rapport 3 de la figure ℱ₁. On dit que ℱ₂ est l'image de ℱ₁ par l'homothétie de centre O et de rapport 3 : chaque point M de ℱ₁ a pour image le point M′ de la demi-droite [OM) trois fois plus loin de O (OM′ = 3 × OM).
- Inversement, ℱ₁ est une réduction de rapport de ℱ₂ : c'est son image par l'homothétie de centre O et de rapport .
B
Définition
L'image d'un point
Soit k un nombre positif. L'image du point M par l'homothétie de centre O et de rapport k est le point M′ tel que :
- M′ appartient à la demi-droite [OM) ;
- OM′ = k × OM.
Exemples :
Remarque : si k est négatif, par exemple k = −1,5, on construit l'image M₁ de M par l'homothétie de centre O et de rapport 1,5, puis le symétrique M′ de M₁ par rapport à O. M′ est alors de l'autre côté de O, sur la droite (OM), et OM′ = 1,5 × OM.
C
Propriété
L'image d'un segment
Soient A, B et O trois points, et k un nombre positif. Si A′ et B′ sont les images respectives de A et B par l'homothétie de centre O et de rapport k, alors :
- A′B′ = k × AB ;
- les segments [AB] et [A′B′] sont parallèles.
Démonstration :
- Les points O, A, A′ d'une part, et O, B, B′ d'autre part, sont alignés dans le même ordre, et . D'après la réciproque du théorème de Thalès, les droites (AB) et (A′B′) sont parallèles.
- On peut donc appliquer le théorème de Thalès dans les triangles OAB et OA′B′ : , donc A′B′ = k × AB.
D
Propriétés
Ce que conserve (ou non) une homothétie
L'homothétie conserve l'alignement, les milieux et la mesure des angles. Dans une homothétie de rapport k positif :
- les longueurs sont multipliées par k ;
- les aires sont multipliées par k².
Exemple : le quadrilatère A′B′C′D′ est l'image de ABCD par l'homothétie de centre O et de rapport 2,5.
- Les points B, K, A sont alignés, donc leurs images B′, K′, A′ sont aussi alignées.
- J est le milieu du segment [BC], donc son image J′ est le milieu du segment [B′C′].
- L'angle est l'image de l'angle : ils ont la même mesure.
- Les longueurs sont multipliées par 2,5 : par exemple, C′D′ = 2,5 × CD.
- Les aires sont multipliées par : l'aire de A′B′C′D′ est 6,25 fois celle de ABCD.
draw Méthode
Dans l'application, cette méthode est animée étape par étape (règle, équerre, compas, rapporteur).
M
Méthode 1 : faire varier le rapport
2
OA′ = 2 × OA
Agrandissement : les longueurs sont multipliées par 2, les aires par 2² = 4.
Agrandissement : les longueurs sont multipliées par 2, les aires par 2² = 4.
M
Méthode 2 : construire l'image d'un point à la règle
Les points O et M sont donnés, avec OM = 2 cm (des croix : ce sont des points libres du plan).
M
Méthode 3 : pourquoi les aires sont multipliées par k²
Rapport 3 : la longueur et la largeur sont multipliées par 3. Le grand rectangle contient 3 × 3 = 9 petits rectangles : l'aire est multipliée par 3² = 9.
M
Méthode 4 : retrouver le centre et le rapport
Les longueurs sont multipliées par k : on divise une longueur de l'image par la longueur correspondante.
edit Exercices et rédaction
Rédaction type : « Calculer une longueur et une aire dans une homothétie »
A′B′C′ est l'image de ABC par l'homothétie de centre O et de rapport 3.1. On cite l'homothétie et son rapport.
A′B′ = 3 × AB = 3 × 4 = 12 cm2. Les longueurs sont multipliées par k.
Aire(A′B′C′) = 3² × Aire(ABC) = 9 × 6 = 54 cm²3. Les aires sont multipliées par k².
k = 3 > 1 : A′B′C′ est un agrandissement de ABC.4. On interprète le rapport.
Exercices
Exercice 1
O et M sont deux points tels que OM = 4 cm. Où se trouve l'image M′ de M par l'homothétie de centre O et de rapport : a) 1,5 ? b) 0,25 ? c) −2 ?
Exercice 2
Le triangle A′B′C′ est l'image du triangle ABC par une homothétie de rapport positif. On sait que AB = 4 cm, A′B′ = 10 cm et BC = 6 cm. Quel est le rapport ? S'agit-il d'un agrandissement ou d'une réduction ? Calcule B′C′.
Exercice 3
Une figure a une aire de 36 cm². Quelle est l'aire de son image par une homothétie de rapport 0,5 ?
Exercice 4
Par une homothétie de rapport positif, l'aire d'une figure est multipliée par 9. Quel est le rapport de l'homothétie ?
Exercice 5
Dans le triangle ABC, l'angle mesure 50°. A′B′C′ est son image par l'homothétie de centre O et de rapport 4. Que peut-on dire de l'angle ? des droites (AB) et (A′B′) ?
Exercice 6
Une photo de 10 cm sur 15 cm est agrandie avec un rapport 3. Quelles sont les dimensions de l'agrandissement ? Par combien son aire est-elle multipliée ?
Exercice 7
Une maquette d'immeuble est réalisée à l'échelle 1/50 (réduction de rapport ). La maquette mesure 24 cm de haut. Quelle est la hauteur réelle de l'immeuble ?
Exercice 8
Quelle transformation déjà connue est l'homothétie de centre O et de rapport −1 ?
Exercice 9
Vrai ou faux ? Justifie. a) Une réduction de rapport 0,5 divise l'aire par 2. b) Une homothétie de rapport 3 conserve les longueurs. c) L'image d'un carré par une homothétie est un carré.
history_edu Un peu d'histoire
history_edu Un peu d'histoire
Vers 1603, l'astronome allemand Christoph Scheiner invente le pantographe, un assemblage de quatre règles articulées en parallélogramme. Une des extrémités est fixée (c'est le centre O de l'homothétie), on suit un dessin avec une pointe, et un crayon placé plus loin reproduit le dessin agrandi (ou réduit) : le crayon trace l'image de chaque point par une homothétie ! Cet instrument a servi pendant des siècles aux dessinateurs, aux graveurs et aux cartographes, et on l'utilise encore pour graver des clés ou des médailles. Le projecteur de cinéma, le vidéoprojecteur de la classe et même l'ombre de votre main sur un mur fonctionnent aussi comme des homothéties : la lampe joue le rôle du centre.
Pour s'entraîner : quiz générés à chaque essai, figures manipulables et constructions animées.
Faire le quiz