Hauteur d'un triangle

droite du triangle passant par un sommet et perpendiculaire au côté opposé à ce sommet

En géométrie plane, une hauteur d'un triangle est une droite passant par un sommet et coupant perpendiculairement le côté opposé à ce sommet (éventuellement prolongé). Les pieds des hauteurs sont les projetés orthogonaux de chacun des sommets sur la droite portant le côté opposé.

Deux triangles ABC avec leur hauteur issue de A et le pied de la hauteur.

On donne également le nom de hauteur au segment joignant un sommet et le pied de la hauteur passant par ce sommet, ainsi qu'à la longueur de ce segment, soit la distance séparant un sommet et la droite portant son côté opposé[1].

Pour une hauteur passant par un sommet donné (appelé apex), la base associée à cette hauteur est le côté opposé au sommet (ou sa longueur).

Calcul des hauteurs modifier

Avec les notations classiques d'un triangle (ABC) , la hauteur (en tant que distance) issue de A vaut    est l'aire du triangle (laquelle s'exprime en fonction des côtés par la formule de Héron). Les hauteurs sont donc inversement proportionnelles aux longueurs des côtés auxquelles elles aboutissent.

Orthocentre modifier

Les trois hauteurs d'un triangle sont concourantes. Leur point d'intersection  , est nommé orthocentre du triangle. L'orthocentre d'un triangle acutangle est situé à l'intérieur du triangle tandis que celui d'un triangle obtusangle est situé à l'extérieur.

Une démonstration utilise la relation   qui montre que si un point   appartient à deux hauteurs, il appartient aussi à la troisième.

   
Hauteurs et orthocentre d'un triangle acutangle.
Hauteurs et orthocentre d'un triangle obtusangle.

L'orthocentre est le barycentre des systèmes :

 ou   ou encore  .

Ses coordonnées trilinéaires par rapport aux côtés du triangle sont :

  ou  .

Pour un triangle acutangle, notant R le rayon du cercle circonscrit :

  • Les distances aux sommets sont données par :   et les formules permutées.
  • On en déduit la relation :   [3].
  • Les distances aux côtés sont données par :  .

Les trois sommets du triangle et leur orthocentre forment un quadrangle orthocentrique : chacun de ces points est l'orthocentre du triangle formé par les trois autres points.

Dans un triangle, le centre du cercle inscrit dans le triangle et les centres des cercles exinscrits forment également un quadrangle orthocentrique.

Triangle orthique modifier

Les pieds des hauteurs forment un triangle, à la fois triangle cévien et triangle podaire de l'orthocentre, appelé le triangle orthique du triangle.

Les hauteurs sont les bissectrices de ce triangle[4].

Symétriques de l'orthocentre modifier

Les symétriques A1, B1 et C1 de l'orthocentre H par rapport aux milieux des côtés du triangle se trouvent sur le cercle circonscrit.

Les symétriques orthogonaux A2, B2 et C2 de l'orthocentre par rapport aux côtés du triangle se trouvent également sur le cercle circonscrit.

 
Symétriques de l'orthocentre par rapport aux milieux des côtés et par rapport aux côtés du triangle.

Ceci découle de l'observation que d'une part  , et que d'autre part  , et de même pour  .

Pour une autre démonstration utilisant des homothéties voir Cercle d'Euler.

Cercle de Taylor modifier

Soit A', B' et C' les pieds des hauteurs du triangle. On note A2 et A3 les projetés orthogonaux de A' sur les côtés AB et AC du triangle et on définit de même B2 et B3 par rapport à B' et C2 et C3 par rapport à C'. Les six points ainsi définis sont cocycliques : ils sont situés sur le cercle de Taylor du triangle [5],[4] .

 
Cercle de Taylor d'un triangle.

On a : (A2A3, BC) = (AB, AC), la droite (A2A3) est antiparallèle de (BC) par rapport à (AB) et (AC), et des propriétés analogues pour (B2B3) et (C2C3).

(B2C2) est parallèle à (BC). De même (A2C3) //(AC) et (A3B3)//(AB).

C'est la configuration d'un cercle de Tücker particulier, dit cercle de Taylor.

On trouve A2A3 = B2B3 = C2C3.

L'hexagone ayant pour sommets ces six projections est l'hexagone de Catalan.

Centre du cercle de Taylor modifier

Les trois droites (A1A2), (B1B2) et (C1C2) joignant les projections sont parallèles aux côtés du triangle orthique et coupent ses côtés en leurs milieux P, Q et R. Ces droites déterminent les côtés du triangle PQR qui est le triangle médian du triangle orthique.

Le centre est sur la droite reliant le centre O du cercle circonscrit au point de Lemoine, passant par les points X15 , X32 au milieu de O-X52

Si le triangle ABC est acutangle alors le centre du cercle de Taylor est le centre du cercle inscrit dans le triangle médian du triangle orthique.

 
Centre du cercle de Taylor d'un triangle acutangle.

Si le triangle ABC est obtusangle alors le centre du cercle de Taylor est un des centres des cercles exinscrits du triangle PQR. Plus précisément, si ABC est obtus en A (respectivement en B, en C), alors le centre du cercle de Taylor est le centre du cercle exinscrit à PQR dans l'angle de sommet P, milieu de [B’C’] (respectivement Q milieu de [C’A’] , R milieu de [A’B’]).

 
Centre du cercle de Taylor d'un triangle obtus en C.

Axe orthique modifier

Dans un triangle ABC, soit A' (respectivement B' et C') le pied de la hauteur issue de A (respectivement issue de B et de C).

A1, B1 et C1 sont les trois autres points d'intersection des côtés du triangle ABC et de ceux du triangle orthique A’B’C’ : on note A1 l'intersection de (BC) et de (B'C'), B1 l'intersection de (AC) et de (A'C'), C1 l'intersection de (AB) et de (A'B').

Les trois points A1, B1 et C1 sont alignés sur une droite dénommée l'axe orthique du triangle.

L'axe orthique est aussi l'axe radical du cercle circonscrit et du cercle d'Euler.

La droite d'Euler, ligne des centres des deux cercles, est perpendiculaire à l'axe.

 
Axe orthique d'un triangle.

Notes et références modifier

  1. Alexander Andre Victor Sarrazin de Montferrier, Dictionnaire de mathématiques pures et appliquées, (lire en ligne), p. 574.
  2. Trajan Lalesco, La géométrie du triangle, Jacques Gabay, (ISBN 2-87647-007-1), p. 2
  3. Mohammed AASSILA, 1000 challenges mathématiques, Géométrie, Ellipses, , p. 124 et 132
  4. a et b Patrice Debart, « Triangle orthique », sur debart.fr
  5. Yvonne et René Sortais, Géométrie de l'espace et du plan, Hermann, , p. 105-106

Voir aussi modifier

Bibliographie modifier

  • Jacques Bouteloup, « Cercles de Tücker », Quadrature,‎ (lire en ligne).
  • Jean-Denis Eiden, Géométrie analytique classique, Calvage & Mounet, (ISBN 978-2-91-635208-4).
  • Jean Fresnel, Méthodes modernes en géométrie
  • Bruno Ingrao, Coniques affines, euclidiennes et projectives, C&M (ISBN 978-2-916352-12-1)

Articles connexes modifier