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Leçon 8

Formule d'Al-Kashi

Vidéo 8 : Formule d'Al-Kashi : démonstration, calculer une longueur, un angle · 3 min 47 s · sous-titres en français

Le cours écrit

8.1 L'énoncé

Dans un triangle ABCABC, on note a=BCa = BC, b=ACb = AC et c=ABc = AB : chaque côté porte le nom du sommet opposé.

Théorème (formule d'Al-Kashi). a2=b2+c2−2bccos⁡A^.a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos\widehat{A}. En échangeant les lettres : b2=a2+c2−2accos⁡B^b^2 = a^2 + c^2 - 2ac\cos\widehat{B} et c2=a2+b2−2abcos⁡C^c^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos\widehat{C}.

8.2 La démonstration (à connaitre)

D'après la relation de Chasles, BC→=BA→+AC→=AC→−AB→\overrightarrow{BC} = \overrightarrow{BA} + \overrightarrow{AC} = \overrightarrow{AC} - \overrightarrow{AB}. Donc BC2=∥AC→−AB→∥2=AC2−2 AC→⋅AB→+AB2.BC^2 = \lVert\overrightarrow{AC} - \overrightarrow{AB}\rVert^2 = AC^2 - 2\,\overrightarrow{AC} \cdot \overrightarrow{AB} + AB^2. Or AC→⋅AB→=AC×AB×cos⁡A^\overrightarrow{AC} \cdot \overrightarrow{AB} = AC \times AB \times \cos\widehat{A}. En remplaçant, on obtient a2=b2+c2−2bccos⁡A^a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos\widehat{A}.

8.3 Un Pythagore corrigé

Le terme −2bccos⁡A^-2bc\cos\widehat{A} est la correction apportée au théorème de Pythagore.

  • Si l'angle en AA est droit, le cosinus est nul : a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2.
  • S'il est obtus, le cosinus est négatif : a2>b2+c2a^2 > b^2 + c^2.
  • S'il est aigu, le cosinus est positif : a2<b2+c2a^2 < b^2 + c^2.

Comme bc≠0bc \neq 0, on a a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2 si et seulement si cos⁡A^=0\cos\widehat{A} = 0, c'est-à-dire si et seulement si l'angle en AA est droit. On retrouve le théorème de Pythagore et sa réciproque.

8.4 Calculer une longueur

Exemple 23 (régate). Sur un parcours de régate, la bouée AA est à 800800 mètres de la bouée CC et à 500500 mètres de la bouée BB, et l'angle en AA mesure 60∘60^\circ. En hectomètres, b=8b = 8 et c=5c = 5 : a2=82+52−2×8×5×cos⁡60∘=89−40=49.a^2 = 8^2 + 5^2 - 2 \times 8 \times 5 \times \cos 60^\circ = 89 - 40 = 49. Donc a=7a = 7 : les bouées BB et CC sont à 700700 mètres l'une de l'autre.

8.5 Calculer un angle

On isole le cosinus : cos⁡A^=b2+c2−a22bc.\cos\widehat{A} = \frac{b^2 + c^2 - a^2}{2bc}.

Exemple 24 (une ferme de toit). Une ferme de toit a deux versants de 33 mètres et de 55 mètres, pour une largeur de 77 mètres. Avec a=7a = 7, b=3b = 3 et c=5c = 5 : cos⁡A^=9+25−492×3×5=−1530=−12.\cos\widehat{A} = \frac{9 + 25 - 49}{2 \times 3 \times 5} = \frac{-15}{30} = -\frac12. L'angle au faitage mesure 120∘120^\circ, soit 2π3\dfrac{2\pi}{3} radians.

8.6 Aigu ou obtus ?

Sans calculer l'angle, cos⁡A^\cos\widehat{A} a le signe de b2+c2−a2b^2 + c^2 - a^2. Le plus grand angle est en face du plus grand côté : on prend ce côté pour aa.

Côtés b2+c2b^2 + c^2 a2a^2 Plus grand angle
33, 44, 55 9+16=259 + 16 = 25 2525 droit
44, 55, 66 16+25=4116 + 25 = 41 3636 aigu
55, 66, 88 25+36=6125 + 36 = 61 6464 obtus

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Exercices 15 et 16

  • Exercice 15 : côtés et angles
  • Exercice 16 : compas, étang et vigne

Exercices du chapitre (PDF, 195 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 167 Ko)

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