درس La projection dans le plan — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «La projection dans le plan» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Projeté d’un point - Projection orthogonale - Projeté d’un segment et du milieu - Théorème de Thalès direct et réciproque. Cours La projection dans le plan — Tronc commun scientifique (BIOF).

📖 حل فـ MathsClick (الورقة بخط اليد، بالعربية والفرنسية)

Définitions et propriétés

Définition Projeté d’un point

Soient $(D)$ et $(\Delta)$ deux droites sécantes. Pour tout point $M$ du plan, la droite passant par $M$ et parallèle à $(\Delta)$ coupe $(D)$ en un point unique $M'$.

$M'$ est le projeté de $M$ sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$ ; on écrit $p(M)=M'$, où $p$ est la projection sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$.

Méthode Construire le projeté d’un point

On place un côté de l’équerre sur $(\Delta)$, on fait glisser l’équerre le long d’une règle jusqu’au point $M$, puis on trace la parallèle à $(\Delta)$ passant par $M$ : elle coupe $(D)$ en $M'$.

Remarque Cas particuliers

  • Si $M\in(D)$, son projeté est lui-même : les points de $(D)$ sont invariants par $p$.
  • Si $(D)\perp(\Delta)$, la projection $p$ s’appelle la projection orthogonale sur $(D)$.

Propriété Propriété 1

Soit $A\in(D)$. L’ensemble des points qui ont pour projeté $A$ (sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$) est la droite passant par $A$ et parallèle à $(\Delta)$.

Propriété Propriété 2

Si $(\Delta')\parallel(\Delta)$, alors la projection sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$ est aussi la projection sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta')$.

Remarque Teste-toi

Projection d’une figure

Définition

Le projeté d’une figure $(\mathcal{F})$ est la partie $(\mathcal{F}')$ de $(D)$ formée des projetés de tous les points de $(\mathcal{F})$ :

  • le projeté de chaque point de $(\mathcal{F})$ appartient à $(\mathcal{F}')$ ;
  • tout point de $(\mathcal{F}')$ est le projeté d’au moins un point de $(\mathcal{F})$.

Propriété Projeté d’un segment

Si $A'$ et $B'$ sont les projetés de $A$ et $B$ sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$, alors :

le projeté du segment $[AB]$ est le segment $[A'B']$

Propriété Projeté du milieu

Le projeté du milieu de $[AB]$ est le milieu de $[A'B']$ : la projection conserve le milieu.

Exemple

$ABC$ est un triangle, $I$ le milieu de $[AB]$. La parallèle à $(BC)$ passant par $I$ coupe $(AC)$ en $J$. Montrer que $J$ est le milieu de $[AC]$.

On projette sur $(AC)$ parallèlement à $(BC)$ : $A\mapsto A$, $B\mapsto C$ et $I\mapsto J$.

La projection conserve le milieu : $J$ est le milieu de $[AC]$

Remarque Vrai ou faux ?

Le théorème de Thalès direct

Théorème Théorème de Thalès

Soient $(D)$ et $(\Delta)$ deux droites sécantes, $A$, $B$ et $C$ des points alignés tels que $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}$, et $A'$, $B'$, $C'$ leurs projetés sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$. Alors :

$\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$ et $\dfrac{AC}{AB}=\dfrac{A'C'}{A'B'}$

Propriété Conservation du coefficient de colinéarité

Si $\overrightarrow{CD}=\lambda\overrightarrow{AB}$ et si $A'$, $B'$, $C'$, $D'$ sont les projetés de $A$, $B$, $C$, $D$, alors :

$\overrightarrow{C'D'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$

Attention : les points $A$, $B$, $C$, $D$ ne sont pas forcément alignés ; il suffit que $\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{CD}$ soient colinéaires.

On dit que la projection conserve le coefficient de colinéarité ; en particulier si $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}$ alors $\overrightarrow{A'B'}=\overrightarrow{C'D'}$.

Méthode Application : partager un segment en parts égales

Pour partager $[AB]$ en $n$ segments de même longueur :

  • on trace une demi-droite $[Ax)$ puis, avec le compas, on reporte $n$ fois la même longueur : $A_1, A_2, \dots, A_n$ ;
  • on trace $[A_nB]$, puis les parallèles à $(A_nB)$ passant par $A_1, \dots, A_{n-1}$ : elles coupent $[AB]$ en $M_1, \dots, M_{n-1}$.

La projection sur $(AB)$ parallèlement à $(A_nB)$ conserve l’égalité des longueurs : $AM_1=M_1M_2=\dots=M_{n-1}B=\dfrac{AB}{n}$

Remarque Un peu d’histoire : Thalès de Milet

Thalès de Milet (vers 625 – 547 av. J.-C.) est un savant grec, considéré comme l’un des premiers mathématiciens.

Selon la tradition, lors d’un voyage en Égypte, il a mesuré la hauteur de la grande pyramide grâce à son ombre, sans y monter !

Remarque Expérience de Thalès : le palmier et la pyramide

Thalès a mesuré la hauteur des pyramides grâce à leur ombre : les rayons du soleil sont parallèles, l’ombre est donc une projection.

Choisis le palmier ou la pyramide, puis déplace le soleil : les ombres changent, mais $\dfrac{H}{S}=\dfrac{h}{s}$ reste vraie, donc $H=S\times\dfrac{h}{s}$.

Propriété Pourquoi l’expérience marche ? (Thalès avec deux vecteurs colinéaires)

Le sol est $(D)$ et les rayons du soleil donnent la direction $(\Delta)$ : l’ombre d’un point est son projeté sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$.

Le palmier $[OA]$ et la personne $[PT]$ sont verticaux, donc parallèles : $\overrightarrow{OA}=\dfrac{H}{h}\overrightarrow{PT}$ (vecteurs colinéaires, points non alignés).

$O$ et $P$ sont sur $(D)$ (invariants), $A$ et $T$ se projettent en $A'$ et $T'$. La projection conserve le coefficient de colinéarité :

$\overrightarrow{OA'}=\dfrac{H}{h}\overrightarrow{PT'}$ donc $\dfrac{S}{s}=\dfrac{H}{h}$ et $H=S\times\dfrac{h}{s}$

Avec « Superposer », la personne est placée en $O$ : $O$, $T$, $A$ sont alignés et on retrouve le théorème de Thalès : $\dfrac{OA'}{OT'}=\dfrac{OA}{OT}$.

Remarque Défi à la maison

Plante un bâton bien vertical au soleil, mesure sa hauteur $h$ et son ombre $s$, puis l’ombre $S$ d’un arbre ou d’un poteau, au même moment.

Écris tes mesures : le site calcule la hauteur $H=S\times\dfrac{h}{s}$.

Exemple

Dans un triangle $ABC$, $M\in[AB]$ avec $AM=2$, $AB=5$ ; la parallèle à $(BC)$ passant par $M$ coupe $(AC)$ en $N$. Sachant que $AC=7{,}5$, calculer $AN$.

Remarque Teste-toi

Le théorème de Thalès réciproque

Théorème Réciproque

Soient $A$, $B$, $C$ trois points alignés tels que $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}$, et $A'$, $B'$ les projetés de $A$ et $B$ sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$.

Si $C'$ est le point de $(D)$ tel que $\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$, alors :

$C'$ est le projeté de $C$ sur $(D)$ parallèlement à $(\Delta)$

Méthode Montrer que deux droites sont parallèles

Dans un triangle $ABC$ : si $M\in(AB)$, $N\in(AC)$ et $\overrightarrow{AN}=\lambda\overrightarrow{AC}$ avec $\overrightarrow{AM}=\lambda\overrightarrow{AB}$ (même coefficient), alors $(MN)\parallel(BC)$.

Exemple

$AB=6$, $AM=4$, $AC=9$, $AN=6$ avec $M\in[AB]$ et $N\in[AC]$ : $\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{2}{3}=\dfrac{AN}{AC}$.

D’après la réciproque de Thalès : $(MN)\parallel(BC)$

Remarque Teste-toi

Remarque Jeu : où est le projeté ?

Pour chaque point $M$, clique sur $(D)$ là où tu penses que se trouve son projeté $M'$ parallèlement à $(\Delta)$.

À retenir

  • $p(M)=M'$ : $M'\in(D)$ et $(MM')\parallel(\Delta)$ ; si $(D)\perp(\Delta)$ : projection orthogonale.
  • La projection conserve le milieu et le coefficient de colinéarité.
  • Thalès : $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}\Rightarrow\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$ ; la réciproque permet de montrer un parallélisme.

Remarque À retenir en jouant

النسخة العربية

تعاريف وخاصيات

تعريف مسقط نقطة

ليكن $(D)$ و $(\Delta)$ مستقيمين متقاطعين. لكل نقطة $M$ من المستوى، المستقيم المار من $M$ والموازي لـ $(\Delta)$ يقطع $(D)$ في نقطة وحيدة $M'$.

$M'$ هي مسقط $M$ على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$ ؛ ونكتب $p(M)=M'$، حيث $p$ هو الإسقاط على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$.

طريقة إنشاء مسقط نقطة

نضع أحد ضلعي الكوس على $(\Delta)$، ثم نزلق الكوس على مسطرة حتى النقطة $M$، ثم نرسم الموازي لـ $(\Delta)$ المار من $M$ : فيقطع $(D)$ في $M'$.

ملاحظة حالات خاصة

  • إذا كانت $M\in(D)$ فإن مسقطها هو نفسها : نقط $(D)$ صامدة بالإسقاط $p$.
  • إذا كان $(D)\perp(\Delta)$ فإن الإسقاط $p$ يسمى الإسقاط العمودي على $(D)$.

خاصية خاصية 1

لتكن $A\in(D)$. مجموعة النقط التي مسقطها $A$ (على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$) هي المستقيم المار من $A$ والموازي لـ $(\Delta)$.

خاصية خاصية 2

إذا كان $(\Delta')\parallel(\Delta)$ فإن الإسقاط على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$ هو أيضاً الإسقاط على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta')$.

ملاحظة اختبر نفسك

إسقاط شكل

تعريف

مسقط شكل $(\mathcal{F})$ هو الجزء $(\mathcal{F}')$ من $(D)$ المكون من مساقط جميع نقط $(\mathcal{F})$ :

  • مسقط كل نقطة من $(\mathcal{F})$ ينتمي إلى $(\mathcal{F}')$ ؛
  • كل نقطة من $(\mathcal{F}')$ هي مسقط نقطة واحدة على الأقل من $(\mathcal{F})$.

خاصية مسقط قطعة

إذا كانت $A'$ و $B'$ مسقطي $A$ و $B$ على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$ فإن :

مسقط القطعة $[AB]$ هو القطعة $[A'B']$

خاصية مسقط المنتصف

مسقط منتصف $[AB]$ هو منتصف $[A'B']$ : الإسقاط يحافظ على المنتصف.

مثال

$ABC$ مثلث، و $I$ منتصف $[AB]$. الموازي لـ $(BC)$ المار من $I$ يقطع $(AC)$ في $J$. بيّن أن $J$ منتصف $[AC]$.

نسقط على $(AC)$ بتوازٍ مع $(BC)$ : $A\mapsto A$ و $B\mapsto C$ و $I\mapsto J$.

الإسقاط يحافظ على المنتصف : $J$ منتصف $[AC]$

ملاحظة صحيح أم خطأ ؟

مبرهنة طاليس المباشرة

مبرهنة مبرهنة طاليس

ليكن $(D)$ و $(\Delta)$ مستقيمين متقاطعين، و $A$ و $B$ و $C$ نقطاً مستقيمية بحيث $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}$، و $A'$ و $B'$ و $C'$ مساقطها على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$. إذن :

$\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$ و $\dfrac{AC}{AB}=\dfrac{A'C'}{A'B'}$

خاصية الحفاظ على معامل الاستقامية

إذا كان $\overrightarrow{CD}=\lambda\overrightarrow{AB}$ وكانت $A'$ و $B'$ و $C'$ و $D'$ مساقط $A$ و $B$ و $C$ و $D$ فإن :

$\overrightarrow{C'D'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$

تنبيه : النقط $A$ و $B$ و $C$ و $D$ ليست بالضرورة مستقيمية ؛ يكفي أن تكون $\overrightarrow{AB}$ و $\overrightarrow{CD}$ مستقيميتين.

نقول إن الإسقاط يحافظ على معامل الاستقامية ؛ وخاصة إذا كان $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}$ فإن $\overrightarrow{A'B'}=\overrightarrow{C'D'}$.

طريقة تطبيق : تقسيم قطعة إلى أجزاء متساوية

لتقسيم القطعة $[AB]$ إلى $n$ قطع لها نفس الطول :

  • نرسم نصف مستقيم $[Ax)$ ثم ننقل بالبركار نفس الطول $n$ مرات : $A_1, A_2, \dots, A_n$ ؛
  • نرسم $[A_nB]$ ثم الموازيات لـ $(A_nB)$ المارة من $A_1, \dots, A_{n-1}$ : فتقطع $[AB]$ في $M_1, \dots, M_{n-1}$.

الإسقاط على $(AB)$ بتوازٍ مع $(A_nB)$ يحافظ على تساوي الأطوال : $AM_1=M_1M_2=\dots=M_{n-1}B=\dfrac{AB}{n}$

ملاحظة قليل من التاريخ : طاليس الملطي

طاليس الملطي (حوالي 625 – 547 ق.م) عالم إغريقي، يُعدّ من أوائل الرياضيين.

حسب الرواية، خلال رحلة إلى مصر، قاس علو الهرم الأكبر بواسطة ظله، دون أن يصعد إليه !

ملاحظة تجربة طاليس : النخلة والهرم

قاس طاليس علو الأهرامات بواسطة ظلها : أشعة الشمس متوازية، إذن فالظل إسقاط.

اختر النخلة أو الهرم، ثم حرّك الشمس : الظلال تتغير، لكن $\dfrac{H}{S}=\dfrac{h}{s}$ تبقى صحيحة، إذن $H=S\times\dfrac{h}{s}$.

خاصية لماذا تنجح التجربة ؟ (طاليس بمتجهتين مستقيميتين)

الأرض هي $(D)$ وأشعة الشمس تعطي الاتجاه $(\Delta)$ : ظل نقطة هو مسقطها على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$.

النخلة $[OA]$ والشخص $[PT]$ عموديان، إذن متوازيان : $\overrightarrow{OA}=\dfrac{H}{h}\overrightarrow{PT}$ (متجهتان مستقيميتان، والنقط غير مستقيمية).

$O$ و $P$ تنتميان إلى $(D)$ (صامدتان)، و $A$ و $T$ مسقطاهما $A'$ و $T'$. الإسقاط يحافظ على معامل الاستقامية :

$\overrightarrow{OA'}=\dfrac{H}{h}\overrightarrow{PT'}$ إذن $\dfrac{S}{s}=\dfrac{H}{h}$ و $H=S\times\dfrac{h}{s}$

بالزر « رَكِّب » يوضع الشخص في $O$ : $O$ و $T$ و $A$ نقط مستقيمية فنجد مبرهنة طاليس : $\dfrac{OA'}{OT'}=\dfrac{OA}{OT}$.

ملاحظة تحدٍّ في المنزل

اغرس عصا عمودية في الشمس، وقس طولها $h$ وظلها $s$، ثم ظل $S$ لشجرة أو عمود، في نفس اللحظة.

اكتب قياساتك : يحسب الموقع العلو $H=S\times\dfrac{h}{s}$.

مثال

في مثلث $ABC$، $M\in[AB]$ مع $AM=2$ و $AB=5$ ؛ الموازي لـ $(BC)$ المار من $M$ يقطع $(AC)$ في $N$. علماً أن $AC=7{,}5$، احسب $AN$.

ملاحظة اختبر نفسك

مبرهنة طاليس العكسية

مبرهنة العكسية

لتكن $A$ و $B$ و $C$ ثلاث نقط مستقيمية بحيث $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}$، و $A'$ و $B'$ مسقطي $A$ و $B$ على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$.

إذا كانت $C'$ النقطة من $(D)$ بحيث $\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$ فإن :

$C'$ هي مسقط $C$ على $(D)$ بتوازٍ مع $(\Delta)$

طريقة إثبات توازي مستقيمين

في مثلث $ABC$ : إذا كانت $M\in(AB)$ و $N\in(AC)$ و $\overrightarrow{AN}=\lambda\overrightarrow{AC}$ مع $\overrightarrow{AM}=\lambda\overrightarrow{AB}$ (نفس المعامل) فإن $(MN)\parallel(BC)$.

مثال

$AB=6$ و $AM=4$ و $AC=9$ و $AN=6$ مع $M\in[AB]$ و $N\in[AC]$ : $\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{2}{3}=\dfrac{AN}{AC}$.

حسب مبرهنة طاليس العكسية : $(MN)\parallel(BC)$

ملاحظة اختبر نفسك

ملاحظة لعبة : أين المسقط ؟

لكل نقطة $M$، انقر على $(D)$ حيث تظن أن مسقطها $M'$ بتوازٍ مع $(\Delta)$.

للحفظ

  • $p(M)=M'$ : $M'\in(D)$ و $(MM')\parallel(\Delta)$ ؛ إذا كان $(D)\perp(\Delta)$ : إسقاط عمودي.
  • الإسقاط يحافظ على المنتصف وعلى معامل الاستقامية.
  • طاليس : $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}\Rightarrow\overrightarrow{A'C'}=\lambda\overrightarrow{A'B'}$ ؛ والعكسية تُمكّن من إثبات التوازي.

ملاحظة للتذكر باللعب

فنفس الدرس

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