Schéma déductif des propriétés mathématiques au collège

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Comment démontrer les propriétés du cours de collège, dans quel ordre et à partir de quels axiomes ? Voilà les questions auxquelles nous répondons ici.

Propriétés des symétries

Axiomes

La symétrie axiale ne change pas les longueurs

Si A et B ont pour symétriques A' et B' par rapport à une droite (d), alors AB = A'B'

La symétrie axiale ne change pas les angles

Si A, B et C ont pour symétriques A', B' et C' par rapport à une droite (d), alors : ${\widehat {ABC}}={\widehat {A'B'C'}}$

Définition : La médiatrice d’un segment est la droite perpendiculaire à ce segment passant par son milieu

Elle existe et est unique d’après l'axiome : "Par un point, il passe une et une seule droite perpendiculaire à une droite donnée.

Parallèles et sécantes

Deux droites ont soit un point commun (sécantes) soit aucun (strictement parallèles), soit tous (parallèles et confondues)

Si elles en avaient deux sans être confondues, cela contredirait cet axiome : "Par deux points distincts, il passe une et une seule droite".

Si deux droites sont parallèles, toute sécante à l'une est sécante à l'autre

Si elle ne l'était pas, elle lui serait soit :

• parallèle : dans ce cas l'autre le serait aussi.
• confondue : mais alors elle ne pourrait pas être sécante à la première.

Autres propriétés des symétries axiales

Une droite perpendiculaire à l’axe d’une symétrie est invariante globalement par cette symétrie.

Évident par définition de la symétrie axiale.

L'image, par une symétrie axiale d’une droite parallèle à l’axe, est parallèle à la droite d'origine

Supposons qu’elles se coupent en I, son symétrique I' serait aussi sur les deux droites, donc I=I'. Or les seuls points invariants par une symétrie axiale (par définition) sont ceux de l'axe. Mais si I appartient à l'axe, cela contredit le parallélisme de la droite d'origine avec l'axe.

Droites parallèles et perpendiculaires

Si deux droites distinctes sont perpendiculaires à une même droite, alors elles sont strictement parallèles entre elles.

(d) et (d') sont distinctes et perpendiculaires à (AB). D'après la propriété : "Une droite perpendiculaire à l’axe d’une symétrie est invariante globalement par cette symétrie", (d) et (d') sont invariantes par la symétrie d'axe (AB). Supposons-les sécantes en O. Alors O' est le symétrique de O par rapport à (AB) et appartient aussi à (d) et à (d'). Ces deux droites ont alors deux points communs, ce qui contredit l'hypothèse de départ.

Si deux droites sont parallèles, alors toute droite perpendiculaire à l'une est perpendiculaire à l'autre

Soit (d) et (d') les deux parallèles. La perpendiculaire en A à l'une est sécante en B à l'autre d’après :"Si deux droites sont parallèles, toute sécantes à l'une est sécante à l'autre". Soit $\delta$ la médiatrice de [AB], alors (AB) est perpendiculaire à (d) et $\delta$ qui sont donc parallèles d’après la propriété : "Si deux droites sont perpendiculaires à une même droite, alors elles sont parallèles". Mais alors l’image de (d) par rapport à $\delta$ est parallèle à (d) (d'après la propriété : "L'image par une symétrie axiale d’une droite parallèle à l’axe est parallèle à la droite d'origine"), et passe par B. De plus par l'axiome : "La symétrie axiale ne change pas les angles" et l'axiome : "Par un point, il passe une et une seule droite perpendiculaire à une droite donnée" elle est égale à (d'). Donc (d') est parallèle à (d).

Référents

Ces personnes sont prêtes à vous aider concernant ce cours :

• Loïc Fabiou (discuter)

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