Quatrième, programme français à Montréal • Exercices corrigés

Fiche de révision : Thalès et les agrandissements (Quatrième)

Thalès est le premier théorème du collège où la rédaction pèse autant que le calcul : citer la configuration, écrire les trois rapports, puis seulement résoudre. Sauter la première étape fait perdre des points même quand la longueur trouvée est juste.

Les agrandissements et les échelles prolongent le même coefficient, avec une difficulté supplémentaire : les aires suivent son carré et les volumes son cube. Cette fiche range les huit erreurs qui coûtent des points.

Le fil du chapitre

Le théorème de Thalès ne compare pas deux triangles quelconques : il compare un triangle et sa réduction depuis un SOMMET COMMUN. Ce sommet doit figurer dans les deux longueurs de chaque rapport, faute de quoi le rapport écrit n'est pas celui du théorème.

Ce chapitre fait partie de Mathématiques en Quatrième

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Remonter plus loin : la chaîne complète (4 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Fractions et proportionnalitéSixième
  2. 2Géométrie et grandeursSixième
  3. 3Proportionnalité et pourcentagesCinquième
  4. 4Géométrie de CinquièmeCinquième

L'essentiel

La configuration, et le sommet commun

  • Configuration de Thalès, cas du triangle : MM est sur [AB][AB], NN est sur [AC][AC], et (MN)(MN) est PARALLÈLE à (BC)(BC).
  • Le théorème donne alors trois rapports égaux : AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{MN}{BC}.
  • Le sommet commun AA figure dans les deux longueurs de chacun des deux premiers rapports : il est le point de départ de toutes les mesures.
  • MNBC\dfrac{MN}{BC} ne se remplace jamais par AMMB\dfrac{AM}{MB} : le segment [MB][MB] n'est pas un côté du triangle ABCABC.
ABCMNAMMB(MN) est parallèle à (BC)[MB] n'entre dans aucun rapport
Le petit triangle AMNAMN et le grand triangle ABCABC partagent le sommet AA : toutes les longueurs du théorème se mesurent à partir de lui, et [MB][MB] n'en fait pas partie.

Écrire les trois rapports en entier, même quand deux suffisent. Cette ligne vaut un point à elle seule et empêche d'inverser un numérateur.

Le théorème des milieux, cas particulier

  • Si II et JJ sont les milieux de [AB][AB] et [AC][AC], alors (IJ)(IJ) est parallèle à (BC)(BC) et IJ=BC2IJ=\dfrac{BC}{2}.
  • C'est exactement Thalès avec k=0,5k=0{,}5, mais il se cite comme un théorème à part entière.
  • Sa réciproque existe : la droite qui passe par le milieu d'un côté parallèlement à un autre côté coupe le troisième en son milieu.
  • Le parallélisme n'entraîne jamais l'égalité des longueurs : (IJ)(IJ) est parallèle à (BC)(BC) et pourtant deux fois plus courte.

Dans un énoncé, le mot « milieu » cité deux fois est un signal : c'est ce théorème qui est attendu, et non un calcul de Thalès complet.

Agrandissement, réduction et échelle

  • Agrandissement de rapport kk : toutes les LONGUEURS sont multipliées par kk, et les angles restent inchangés.
  • Le périmètre est multiplié par kk, l'AIRE par k2k^{2} et le VOLUME par k3k^{3}.
  • Si k>1k>1 c'est un agrandissement, si 0<k<10<k<1 c'est une réduction.
  • Échelle 1n\dfrac{1}{n} : une longueur du plan est multipliée par nn pour donner la longueur réelle, l'aire par n2n^{2} et le volume par n3n^{3}.
les longueurs ×2, l'aire ×4, le volume ×81 carré4 carrés identiques36
Le grand carré a un côté deux fois plus long, et pourtant il contient quatre petits carrés, pas deux : c'est pourquoi l'aire est multipliée par k2k^{2}.

Les exposants 22 et 33 ne sont pas des conventions : une aire est un produit de deux longueurs, un volume un produit de trois. Chaque longueur apporte son facteur kk.

Rédiger et vérifier

  • On cite la configuration AVANT le théorème : les points alignés et le parallélisme, tous deux nommés.
  • On écrit les trois rapports en entier, puis on ne garde que les deux qui contiennent l'inconnue.
  • On résout par le produit en croix, jamais en devinant le facteur multiplicatif.
  • Contrôle final : dans une réduction, chaque longueur trouvée doit être plus PETITE que son originale, et l'inverse dans un agrandissement.

Le coefficient kk se calcule une fois pour toutes au début. Toutes les longueurs s'en déduisent ensuite par une simple multiplication, sans nouveau produit en croix.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Écrire un rapport avec un segment qui n'est pas un côté

toute la question, et la longueur trouvée dépasse celle qu'elle devait réduire

Ce qu'il ne faut pas écrire

« AMMB=MNBC\dfrac{AM}{MB}=\dfrac{MN}{BC}. »

Ce qu'il faut écrire

« AMAB=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{MN}{BC} : chaque rapport part du sommet commun AA, et [MB][MB] n'est pas un côté du triangle ABCABC. »

Pourquoi : Le petit triangle est AMNAMN et le grand est ABCABC : les deux se mesurent depuis AA. Le segment [MB][MB] appartient au découpage, pas à l'un des deux triangles.

2. Retourner l'un des trois rapports

2 points, et une longueur inversée dans la suite du problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« AMAB=ACAN\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AC}{AN}. »

Ce qu'il faut écrire

« AMAB=ANAC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC} : dans les trois rapports, les longueurs du PETIT triangle sont au numérateur et celles du grand au dénominateur. »

Pourquoi : Chaque rapport doit valoir le même nombre kk. En retourner un donne 1k\dfrac{1}{k}, donc une égalité fausse dès que kk ne vaut pas 11.

3. Appliquer Thalès sans le parallélisme

1,5 point de rigueur, retiré même quand le calcul qui suit est juste

Ce qu'il ne faut pas écrire

« MM est sur [AB][AB] et NN sur [AC][AC], donc AMAB=ANAC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}. »

Ce qu'il faut écrire

« Il faut de plus que (MN)(MN) soit parallèle à (BC)(BC) : sans cette hypothèse, le théorème ne s'applique pas et l'égalité est fausse. »

Pourquoi : Le parallélisme est ce qui fabrique la réduction. Sans lui, MM et NN peuvent être placés n'importe où sur les deux côtés, et aucun rapport n'est égal à l'autre.

4. Multiplier l'aire par le rapport au lieu de son carré

2 points, et un résultat trois fois trop petit

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Un agrandissement de rapport 33 triple l'aire. »

Ce qu'il faut écrire

« Il multiplie l'aire par 32=93^{2}=9 : une aire est un produit de deux longueurs, et chacune apporte son facteur 33. »

Pourquoi : Le rapport kk s'applique aux longueurs seules. Le passage à l'aire ajoute une dimension, donc un facteur kk de plus, et le volume en ajoute encore un.

5. Prendre une échelle à l'envers

toute la question, et une réponse absurde qu'un ordre de grandeur aurait détectée

Ce qu'il ne faut pas écrire

« À l'échelle 1200\dfrac{1}{200}, 44 cm sur le plan représentent 4÷200=0,024\div 200=0{,}02 cm en réalité. »

Ce qu'il faut écrire

« 4×200=8004\times 200=800 cm, soit 88 m : à cette échelle, 11 cm du plan représente 200200 cm en réalité. »

échelle 1 / 2001 cm sur le plan200 cm en réalité, soit 2 m4 cm sur le plan800 cm en réalité, soit 8 mles aires sont divisées par 200², les volumes par 200³
Du plan vers la réalité, on MULTIPLIE par 200200 ; dans l'autre sens, on divise. Les aires et les volumes, eux, suivent le carré et le cube de ce nombre.

Pourquoi : La fraction 1200\dfrac{1}{200} se lit « le plan est 200200 fois plus petit », donc on multiplie pour aller vers la réalité et on divise pour aller vers le plan.

6. Croire que deux droites parallèles donnent des longueurs égales

2 points, et une figure impossible à tracer

Ce qu'il ne faut pas écrire

« II et JJ sont les milieux, donc (IJ)(IJ) est parallèle à (BC)(BC) et IJ=BCIJ=BC. »

Ce qu'il faut écrire

« IJ=BC2IJ=\dfrac{BC}{2} : le parallélisme ne dit rien des longueurs, et le théorème des milieux donne explicitement la moitié. »

Pourquoi : Deux droites parallèles peuvent porter des segments de toutes les longueurs. C'est le théorème, et non le parallélisme, qui fixe le rapport à 12\dfrac{1}{2}.

7. Inverser le petit et le grand dans le produit en croix

toute la question, alors qu'un simple contrôle de taille l'aurait évitée

Ce qu'il ne faut pas écrire

« AM=3AM=3, AB=5AB=5 et BC=8BC=8, donc MN=5×8313,3MN=\dfrac{5\times 8}{3}\approx 13{,}3 cm. »

Ce qu'il faut écrire

« MN=AM×BCAB=3×85=4,8MN=\dfrac{AM\times BC}{AB}=\dfrac{3\times 8}{5}=4{,}8 cm : MNMN appartient au petit triangle, donc il est plus court que BCBC. »

Pourquoi : Le produit en croix se fait mécaniquement, donc il peut partir dans le mauvais sens. Comparer la réponse à la longueur d'origine prend deux secondes et attrape l'inversion.

8. Diviser un volume par le rapport au lieu de son cube

toute la question, et une maquette de la taille d'une pièce

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Une maquette au 1200\dfrac{1}{200} d'un bâtiment de 80008\,000 m³ a un volume de 4040 m³. »

Ce qu'il faut écrire

« Le volume est divisé par 2003=8000000200^{3}=8\,000\,000, donc il vaut 0,0010{,}001 m³, c'est-à-dire 11 litre. »

Pourquoi : Un volume est un produit de trois longueurs, donc l'échelle intervient trois fois. L'ordre de grandeur suffit à trancher : une maquette de 4040 m³ ne tient pas sur une table.

Quelle méthode choisir

Quel théorème selon la configuration

On regarde ce que l'énoncé DONNE : des points sur deux côtés, des milieux, ou un rapport déjà connu.

  • Si deux points sur deux côtés et une droite déclarée PARALLÈLE au troisième le théorème de Thalès, avec ses trois rapports écrits en entier

    Exemple : AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{MN}{BC}

  • Si l'énoncé dit que deux points sont les MILIEUX de deux côtés le théorème des milieux : la droite est parallèle au troisième côté et mesure sa moitié

    Exemple : IJ=BC2IJ=\dfrac{BC}{2}

    il se cite par son nom, on ne le redémontre pas par Thalès

  • Si l'énoncé donne les trois rapports et demande si les droites sont parallèles la réciproque : on compare AMAB\dfrac{AM}{AB} et ANAC\dfrac{AN}{AC}, et l'égalité conclut au parallélisme

    Exemple : 35=4,57,5\dfrac{3}{5}=\dfrac{4{,}5}{7{,}5}, donc (MN)(MN) est parallèle à (BC)(BC)

  • Si l'énoncé parle d'agrandissement, de maquette, de photocopie ou d'échelle on identifie le coefficient kk, puis on l'applique aux longueurs, son carré aux aires et son cube aux volumes

    Exemple : échelle 1200\dfrac{1}{200} : longueurs ×200\times 200, aires ×2002\times 200^{2}

Sans hypothèse de parallélisme donnée ou démontrée, Thalès est interdit : c'est sa réciproque qu'il faut établir d'abord.

Passer d'une longueur à une aire ou à un volume

On repère d'abord la GRANDEUR concernée par la question, puis on applique la puissance correspondante.

  • Si la question porte sur une longueur, un périmètre ou une distance multiplier par kk

    Exemple : un côté de 33 cm agrandi de rapport 22 devient 66 cm

  • Si la question porte sur une AIRE ou une surface multiplier par k2k^{2}

    Exemple : une aire de 99 cm² agrandie de rapport 22 devient 3636 cm²

    le mot « surface », « peinture », « tissu » ou « terrain » signale une aire

  • Si la question porte sur un VOLUME, une contenance ou une masse multiplier par k3k^{3}

    Exemple : un volume de 88 L agrandi de rapport 22 devient 6464 L

  • Si on connaît l'aire de l'image et on cherche kk prendre la racine carrée du rapport des aires

    Exemple : des aires dans le rapport 99 donnent k=3k=3

Une échelle 1n\dfrac{1}{n} correspond à k=1nk=\dfrac{1}{n} pour aller vers le plan, et à k=nk=n pour aller vers la réalité. On dit à voix basse dans quel sens on va avant de calculer.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Calculer une longueur avec le théorème de Thalès

Quand l'utiliser : L'énoncé donne une configuration de Thalès avec un parallélisme et demande une longueur manquante.

  1. 1 Citer la configuration en entier : « MM appartient à [AB][AB], NN appartient à [AC][AC] et (MN)(MN) est parallèle à (BC)(BC) ».
  2. 2 Annoncer le théorème et écrire les TROIS rapports : « d'après le théorème de Thalès, AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{MN}{BC} ».
  3. 3 Ne garder que les deux rapports qui contiennent l'inconnue, remplacer par les valeurs, puis faire le produit en croix.
  4. 4 Donner la longueur avec son unité, et vérifier qu'elle est plus petite que son originale dans une réduction.

Phrase de conclusion

« D'après le théorème de Thalès, MNBC=AMAB\dfrac{MN}{BC}=\dfrac{AM}{AB}, donc MN=3×85=4,8MN=\dfrac{3\times 8}{5}=4{,}8 cm. »

Le piège : Passer directement aux nombres sans citer la configuration. Les points alignés et le parallélisme sont deux hypothèses distinctes, et chacune vaut un demi-point.

Barème : 1 point pour la configuration citée, 1 point pour les trois rapports, 1 point pour le calcul et l'unité.

Répondre à une question d'agrandissement ou d'échelle

Quand l'utiliser : L'énoncé parle de maquette, de plan, de photocopie ou d'agrandissement, et demande une longueur, une aire ou un volume.

  1. 1 Identifier le coefficient kk et l'annoncer : « l'échelle est 1200\dfrac{1}{200}, donc les longueurs réelles valent 200200 fois celles du plan ».
  2. 2 Repérer la grandeur demandée : longueur, aire ou volume, et le dire explicitement.
  3. 3 Appliquer kk, k2k^{2} ou k3k^{3} selon le cas, en écrivant la puissance.
  4. 4 Convertir dans l'unité demandée et contrôler l'ordre de grandeur.

Phrase de conclusion

« Le volume réel est multiplié par 2003=8000000200^{3}=8\,000\,000, donc la maquette de 11 litre représente 80008\,000 m³. »

Le piège : Appliquer le même coefficient aux longueurs, aux aires et aux volumes. C'est l'erreur la plus coûteuse du chapitre, car elle donne des réponses fausses d'un facteur des milliers.

Barème : 0,5 point pour le coefficient, 0,5 pour la puissance justifiée, 1 point pour le calcul et la conversion.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

Une réduction complète, des longueurs aux aires

Dans le triangle ABCABC, le point MM appartient à [AB][AB], le point NN appartient à [AC][AC], et (MN)(MN) est parallèle à (BC)(BC).

On donne AM=3AM=3 cm, AB=5AB=5 cm, BC=8BC=8 cm et AC=7,5AC=7{,}5 cm. Calculer MNMN et ANAN, puis comparer les aires des triangles AMNAMN et ABCABC.

ABCMNAM = 3 cmAB = 5 cmAC = 7,5 cmBC = 8 cmMN = ? AN = ?(MN) est parallèle à (BC)
La configuration de l'énoncé : MM sur [AB][AB], NN sur [AC][AC], et la parallèle (MN)(MN) qui découpe dans ABCABC un triangle AMNAMN de même forme, vu depuis le sommet AA.

Étape 1

Configuration : M[AB]M\in[AB], N[AC]N\in[AC] et (MN)(MN) parallèle à (BC)(BC), donc le théorème de Thalès s'applique et AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{MN}{BC}.

Pourquoi

Les deux hypothèses sont citées séparément parce qu'elles valent chacune des points, et parce que sans le parallélisme le théorème est simplement faux.

Étape 2

Le coefficient : k=AMAB=35=0,6k=\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{3}{5}=0{,}6. Comme k<1k<1, il s'agit d'une réduction.

Pourquoi

Calculer kk une seule fois transforme tout le reste en multiplications, sans nouveau produit en croix. Et dire « réduction » installe le contrôle final : toutes les longueurs doivent diminuer.

Étape 3

MN=k×BC=0,6×8=4,8MN=k\times BC=0{,}6\times 8=4{,}8 cm.

Pourquoi

MNMN appartient au petit triangle, donc il vaut kk fois son homologue BCBC du grand. Le sens de la multiplication se lit dans le mot « réduction », pas dans la formule.

Étape 4

AN=k×AC=0,6×7,5=4,5AN=k\times AC=0{,}6\times 7{,}5=4{,}5 cm.

Pourquoi

La même multiplication s'applique à toutes les longueurs de la figure, ce qui rend la deuxième question immédiate une fois la première traitée.

Étape 5

Aires : le rapport vaut k2=0,62=0,36k^{2}=0{,}6^{2}=0{,}36, donc l'aire de AMNAMN vaut 3636 pour cent de celle de ABCABC.

Pourquoi

Une aire est un produit de deux longueurs, et chacune apporte son facteur 0,60{,}6. Répondre 0,60{,}6 ici serait l'erreur la plus coûteuse de l'exercice.

Étape 6

Contrôle des longueurs : 4,8<84{,}8<8 et 4,5<7,54{,}5<7{,}5, les deux ont bien diminué.

Pourquoi

Ce contrôle ne demande aucun calcul et attrape à lui seul le produit en croix inversé, qui est l'erreur la plus fréquente sur ce chapitre.

Étape 7

Contrôle du coefficient : MNBC=4,88=0,6\dfrac{MN}{BC}=\dfrac{4{,}8}{8}=0{,}6 et ANAC=4,57,5=0,6\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{4{,}5}{7{,}5}=0{,}6.

Pourquoi

Les deux rapports non utilisés pour trouver kk doivent redonner exactement kk. C'est la vérification la plus complète du chapitre, et elle tient sur une ligne.

Conclusion rédigée

« Donc MN=4,8MN=4{,}8 cm et AN=4,5AN=4{,}5 cm, et l'aire du triangle AMNAMN vaut 0,360{,}36 fois celle du triangle ABCABC. »

L'erreur classique sur cet exercice : Écrire AMMB=MNBC\dfrac{AM}{MB}=\dfrac{MN}{BC}, soit 32=MN8\dfrac{3}{2}=\dfrac{MN}{8} et MN=12MN=12 cm. Un MNMN plus long que BCBC dans une réduction est impossible, et [MB][MB] n'est pas un côté du triangle ABCABC.

À savoir par cœur

  • Configuration de Thalès : MM sur [AB][AB], NN sur [AC][AC], et (MN)(MN) PARALLÈLE à (BC)(BC).
  • AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{AN}{AC}=\dfrac{MN}{BC} : le sommet commun AA est dans les deux premiers rapports.
  • [MB][MB] n'est pas un côté du triangle : il n'apparaît dans aucun rapport de Thalès.
  • Milieux : (IJ)(IJ) est parallèle à (BC)(BC) ET IJ=BC2IJ=\dfrac{BC}{2}.
  • Rapport kk : longueurs ×k\times k, aires ×k2\times k^{2}, volumes ×k3\times k^{3}.
  • Échelle 1n\dfrac{1}{n} : du plan vers la réalité on MULTIPLIE par nn.
  • Contrôle : dans une réduction, chaque longueur trouvée est plus petite que son originale.

Questions fréquentes

Quelles sont les conditions pour appliquer le théorème de Thalès ?

Il faut deux points placés sur deux côtés d'un triangle, chacun sur un côté différent, et surtout que la droite qui les relie soit parallèle au troisième côté. Le parallélisme est une hypothèse à part entière : sans lui, ou sans sa démonstration, le théorème ne s'applique pas.

Pourquoi ne peut-on pas écrire AM sur MB dans un rapport de Thalès ?

Parce que le segment MB n'est un côté ni du petit triangle AMN, ni du grand triangle ABC. Toutes les longueurs du théorème se mesurent depuis le sommet commun A, donc les dénominateurs sont AB et AC. Écrire MB donne une longueur plus grande que celle qu'on réduisait.

Par combien l'aire est-elle multipliée dans un agrandissement ?

Par le carré du coefficient. Un agrandissement de rapport trois multiplie les longueurs par trois, mais l'aire par neuf, et le volume par vingt-sept. La raison est simple : une aire est un produit de deux longueurs, donc chacune apporte son facteur trois.

Comment lire une échelle un sur deux cents ?

Un centimètre sur le plan représente deux cents centimètres en réalité, soit deux mètres. Pour aller du plan vers la réalité on multiplie par deux cents, pour aller de la réalité vers le plan on divise. Les aires suivent le carré de ce nombre et les volumes son cube.

Quelle différence entre le théorème de Thalès et le théorème des milieux ?

Le théorème des milieux est le cas particulier de Thalès où le coefficient vaut un demi. Il se cite par son nom et donne deux résultats d'un coup : la droite des milieux est parallèle au troisième côté, et elle mesure exactement la moitié de ce côté.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Thalès et les agrandissements

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 15 exercices corrigés
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Les chapitres qui le réclament en amont, plus tard dans l'année ou dans les années suivantes.

Voir aussi

Votre enfant confond le côté entier et le morceau restant ?

Contactez-moi pour une première séance. Thalès en quatrième est la première fois qu'un élève doit raisonner sur des rapports plutôt que sur des longueurs, et c'est exactement ce qui sera redemandé en troisième avec la réciproque, puis en seconde avec les vecteurs colinéaires et le coefficient directeur.

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