Fiche récapitulative générée pour impression / export PDF.

1ère · Produit scalaire

Applications : théorème d'Al-Kashi et projection

Théorème d'Al-Kashi

Dans un triangle ABCABC, en notant a=BCa=BC, b=CAb=CA, c=ABc=AB et A^\widehat{A} l'angle en AA, le théorème d'Al-Kashi (généralisation de Pythagore) énonce :

a2=b2+c22bccosA^a^2 = b^2+c^2-2bc\cos\widehat{A}

Démonstration rapide (à l'aide du produit scalaire)

On écrit BC=ACAB\vec{BC} = \vec{AC}-\vec{AB}, donc :

BC2=ACAB2=AC22ACAB+AB2=b2+c22bccosA^BC^2 = \|\vec{AC}-\vec{AB}\|^2 = \|\vec{AC}\|^2-2\vec{AC}\cdot\vec{AB}+\|\vec{AB}\|^2 = b^2+c^2-2bc\cos\widehat{A}

car ABAC=AB×AC×cosA^=cbcosA^\vec{AB}\cdot\vec{AC} = AB\times AC\times\cos\widehat{A} = cb\cos\widehat{A}.

Exemple

Dans un triangle ABCABC avec AB=5AB=5, AC=7AC=7 et A^=60°\widehat{A}=60° :

BC2=52+722×5×7×cos(60°)=25+4970×12=7435=39BC^2 = 5^2+7^2-2\times5\times7\times\cos(60°) = 25+49-70\times\dfrac{1}{2} = 74-35=39

BC=39BC = \sqrt{39}

Projection orthogonale

Si HH est le projeté orthogonal de CC sur la droite (AB)(AB), alors :

ABAC=ABAH=AB×AH\vec{AB}\cdot\vec{AC} = \vec{AB}\cdot\vec{AH} = AB \times \overline{AH}

AH\overline{AH} est la mesure algébrique de AH\vec{AH} sur la droite (AB)(AB).

Cette propriété permet de calculer un produit scalaire en se ramenant à une projection, sans connaître l'angle directement.

Exemple

Si AB=10AB=10 et que le projeté orthogonal HH de CC sur (AB)(AB) vérifie AH=4\overline{AH}=4 (dans le même sens que AB\vec{AB}), alors :

ABAC=10×4=40\vec{AB}\cdot\vec{AC} = 10\times4=40

Exercices de la leçon

Exercice 1

Le théorème d'Al-Kashi généralise :

Corrigé

Quand A^=90°\widehat{A}=90°, cosA^=0\cos\widehat{A}=0 et la formule d'Al-Kashi devient a2=b2+c2a^2=b^2+c^2, c'est-à-dire le théorème de Pythagore.

Exercice 2

Le théorème d'Al-Kashi ne s'applique qu'aux triangles rectangles.

Corrigé

Le théorème d'Al-Kashi s'applique à n'importe quel triangle, rectangle ou non ; il généralise le théorème de Pythagore.

Exercice 3

Dans un triangle ABCABC avec AB=6AB=6, AC=8AC=8 et A^=90°\widehat{A}=90°, que vaut BC2BC^2 selon Al-Kashi ?

Corrigé

BC2=62+822×6×8×cos(90°)=36+640=100BC^2 = 6^2+8^2-2\times6\times8\times\cos(90°) = 36+64-0=100 (on retrouve Pythagore puisque cos(90°)=0\cos(90°)=0).

Exercice 4

Dans un triangle ABCABC, on donne AB=4AB=4, AC=6AC=6 et A^=120°\widehat{A}=120°. Calcule BCBC à l'aide du théorème d'Al-Kashi (donne la valeur exacte).

Corrigé

On applique directement la formule d'Al-Kashi avec cos(120°)=1/2\cos(120°)=-1/2, puis on simplifie la racine carrée obtenue.

Exercice 5

Dans un triangle ABCABC, on donne AB=7AB=7, BC=8BC=8 et AC=5AC=5. Calcule cosA^\cos\widehat{A} à l'aide du théorème d'Al-Kashi (en l'écrivant avec le sommet AA), puis donne la valeur de l'angle A^\widehat{A} arrondie au degré (on donne cos1(0,25)75,5°\cos^{-1}(0{,}25) \approx 75{,}5°).

Corrigé

On isole le cosinus de l'angle dans la formule d'Al-Kashi, en faisant bien attention à associer le côté opposé au sommet considéré, puis on utilise la fonction cos1\cos^{-1} pour obtenir l'angle.

AlphaMath Académie · Applications : théorème d'Al-Kashi et projection · Produit scalaire