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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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menu_book Le cours

1

L'homothétie

A

Agrandir et réduire à partir d'un point

OMM′ℱ₁ℱ₂
B

L'image d'un point

Définition
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 :

OMM′
k = 2 : OM′ = 2 × OM (agrandissement)
OMM′
k = 0,6 : OM′ = 0,6 × OM (réduction)
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.
M₁OMM′
C

L'image d'un segment

Propriété
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.
OABA′B′

Démonstration :

D

Ce que conserve (ou non) une homothétie

Propriétés
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.
Si ℱ₂ est l'image de ℱ₁ : si k > 1, ℱ₂ est un agrandissement de ℱ₁ ; si 0 < k < 1, ℱ₂ est une réduction de ℱ₁.

Exemple : le quadrilatère A′B′C′D′ est l'image de ABCD par l'homothétie de centre O et de rapport 2,5.

KK′JJ′OABCDA′B′C′D′

draw Méthode

Dans l'application, cette méthode est animée étape par étape (règle, équerre, compas, rapporteur).

M

Méthode 1 : faire varier le rapport

A′OA
2
OA′ = 2 × OA
Agrandissement : les longueurs sont multipliées par 2, les aires par 2² = 4.
M

Méthode 2 : construire l'image d'un point à la règle

OM
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

2 × 16 × 3
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

k=A′B′AB=7,53=2,5
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 ABC^ 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 A′B′C′^ ? 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 150). 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