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Cours isometrie du plan

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Cours isometrie du plan

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On va travailler dans le plan muni d’un repère orthonormé direct ( )21 e,e;O .
ISOMETRIE
Une isométrie f du plan est une transformation du plan qui conserve les distances, c’est-à-dire que : pour
tous les points M et N du plan, si M ′ et N′ désignent leurs images par f, on aura NMMN ′′= .
•Les isométries transforment respectivement un segment, une demi-droite, une droite, un cercle en un
segment, une demi-droite, une droite, un cercle.
Plus précisément, f désignant une isométrie :
•L'image du segment [ ]AB est le segment [ ])B(f)A(f ; ces deux segments ont la même longueur ;
•L'image de la droite ( )AB est la droite ( ))B(f)A(f ;
•L'image du cercle de centre A et de rayon r est le cercle de centre )A(f et de rayon r.
•Les isométries conservent le parallélisme parce que les images de deux droites parallèles sont deux
droites parallèles.
•Les isométries conservent la perpendicularité
•Les isométries conservent les milieux
•Plus généralement les isométries conservent les barycentres.
•Les isométries conservent les angles
•Les isométries qui conservent l’orientation des angles s’appellent des déplacements.
•Les isométries qui renversent l’orientation des angles s’appellent des antidéplacements
•La composée de deux déplacements ou de deux antidéplacements est un déplacement.
•La composée d’un déplacement et d’un antidéplacement, ou d’un antidéplacement et d’un déplacement
est un antidéplacement.
•Il existe dans le plan quatre sortes d’isométries : les translations, les rotations, les symétries axiales et
les symétries glissées.
•Les translations et les rotations sont des déplacements, les symétries axiales et les symétries glissées sont
des antidéplacements.
Voici les définitions correspondantes :
Translation
Soit u un vecteur du plan. La translation de vecteur u , notée u
t , est la transformation qui, à tout point
M du plan, associe le point M ′ tel que uMM =′ .
•La réciproque de la translation de vecteur u est la translation de vecteur u− :
u
1
u
tt
−
−
= .
•La composée de deux translations est une translation :
uvvuvu
otttott ==
+
.
•La translation de vecteur 0 est l’identité : idt
0
= .
•Une translation autre que id n’a pas de point fixe.
Rotation
Soit Ω un point du plan et α un angle orienté. La rotation de centre Ω et d’angle α, notée α;Ωr est la
transformation qui, à tout point M du plan, associe le point M ′ tel que MM =′ si ΩM = et tel que
MΩMΩ ′= et ( ) [ ]πα 2MΩ;MΩ =′ sinon.
•Si [ ]πα 20= , α;Ωr est l’identité.
•Si [ ]πα 20≠ , α;Ωr n’a que Ω comme point fixe.
•Si [ ]ππα 2= , α;Ωr est la symétrie centrale de centre Ω , notée Ωs .
•La réciproque de la rotation de centre Ω et d’angle α est la rotation de centre Ω et d’angle α− :
αα −
−
= ;Ω
1
;Ω rr .
•Il est facile de composer deux rotations de même centre : αββαβα ;Ω;Ω;Ω;Ω;Ω orrrorr == + .
En particulier idoss ΩΩ = : Ω
1
Ω ss =
−
.
Fiche de cours 4ème Maths
IsometriesIsometriesIsometriesIsometries du plandu plandu plandu plan
MathsMathsMathsMaths au lyceeau lyceeau lyceeau lycee *** Ali AKIRAli AKIRAli AKIRAli AKIR
Site Web : http://maths-akir.midiblogs.com/
2
Propriété
Si A et B sont deux points distincts du plan, et A′ et B′ leurs images respectives par α;Ωr , on aura :
( ) [ ]πα 2BA;AB =′′ .
Symétrie orthogonale
Soit ∆ une droite du plan. La symétrie axiale d’axe ∆ , notée ∆s , est la transformation qui, à tout point
M du plan, associe le point M ′ tel que MM =′ si ∆M ∈ et tel que ∆ soit la médiatrice de [ ]MM ′ si
∆M ∉ .
A la place de « symétrie orthogonale », on peut aussi dire « réflexion » ou « symétrie axiale ».
La réciproque de la symétrie axiale d’axe ∆ est elle-même : ∆
1
∆ ss =
−
; idoss ∆∆ = .
Les points fixes de ∆s sont les points de ∆ .
Symétrie glissante
Soit ∆ une droite du plan et u un vecteur directeur de ∆ . La symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur u ,
notée
u;∆
s , est la transformation ∆u
ost .
• u∆∆uu;∆
otsosts == .
• u2u;∆u;∆
toss = .
•Une symétrie glissée n’a pas de point fixe.
•La réciproque de la symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur u est la symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur
u− .
Composée de deux symétries axiales
Soient 1D et 2D deux droites du plan.
1s et 2s les symétries axiales d’axes respectifs 1D et 2D .
Cas où les droites D1 et D2 sont parallèles
La composée 12 oss de deux symétries axiales d’axes 1D et
2D parallèles est une translation dont le vecteur est perpendiculaire à ces droites.
Si 21OO est un vecteur perpendiculaire à 1D et 2D avec 11 DO ∈ et 22 DO ∈ , le vecteur de cette
translation est 21OO2 .
Remarques
1°) Sauf dans le cas où 1D et 2D sont confondues et où idossoss 2112 == , 1s et 2s ne commutent pas :
12 oss est la translation de vecteur 21OO2 et 21oss est la translation de vecteur 12OO2 .
2°) Toute translation peut donc être décomposée, d’une infinité de manières différentes possibles, comme
la composée de deux symétries axiales d’axes parallèles entre eux et perpendiculaires au vecteur de la
translation.
Cas où les droites D1 et D2 sont sécantes
3
La composée 12 oss de deux symétries axiales d’axes 1D et 2D sécants en O est une rotation de centre O.
Si 1v et 2v sont des vecteurs directeurs respectifs de 1D et de 2D , l’angle de cette rotation est ( )21 v;v2 .
Remarques
1°) L’angle ( )21 v;v2 dépend des droites 1D et 2D mais pas des vecteurs directeurs 1v et 2v choisis sur
ces droites.
Si par exemple on remplace 1v par 1v− , on a : ( ) ( ) ( ) ( ) [ ]π2v;v2v;v2v;v2v;v2 21211121 =+−=− car
( ) [ ]ππ 2v;v 11 =− .
2°) Sauf dans le cas où 1D et 2D sont perpendiculaires et où Ω2112 sossoss == (symétrie centrale de
centre O, 1s et 2s ne commutent pas : 12 oss est une rotation d’angle ( )21 v;v2 et 21oss est une rotation
d’angle ( )12 v;v2 .
3°) Toute rotation peut donc être décomposée, d’une infinité de manières différentes possibles, comme la
composée de deux symétries axiales d’axes sécants au centre de cette rotation.
4°) On verra que toute isométrie du plan peut être obtenue en composant une, deux ou trois symétries
axiales.
Isométries fixant un point
Théorème 1
Soit f une isométrie et O un point du plan.
L’isométrie f se décompose d’une manière unique sous la forme togf = , où t désigne une translation et g
désigne une isométrie laissant O fixe.
Théorème 2
1) Une isométrie fixant trois points A, B et C non alignés est l’identité.
2) Une isométrie distincte de l’identité fixant au moins deux points distincts A et B est la symétrie axiale
d’axe )AB( .
3) Une isométrie ne fixant que le point A est une rotation de centre A et d’angle non nul.
Récapitulations :
Nombre de
points fixes
zéro Un seul Au moins deux,
jamais trois
non alignés
Trois non
alignés
Nature de
l’isométrie
Translation ou
glissement
rotation symétrie L’identité du
plan
Décomposition 2 ou 3 symétries 2 symétries 1 symétrie 2 symétries
Déplacements – antidéplacements
•On appelle déplacement toute isométrie qui conserve les mesures des angles orientés.
•On appelle antidéplacement toute isométrie qui change les mesures des angles orientés en leurs opposées.
•Une isométrie est un déplacement, si et seulement si, elle est la composé n symétries orthogonales avec
n est un entier naturel pair.
•Une isométrie est un antidéplacement, si et seulement si, elle est la composé n symétries orthogonales
avec n est un entier naturel impair
Classification des isométries.
ementantidéplacglissanteSymétrie
ementantidéplaceorthogonalSymétrie
tdéplacemennTranslatio
tdéplacemenRotation
tdéplacemenIdentié
•La composée de deux déplacement est déplacement
•La composée de deux antidéplacement est déplacement
•La composée d’un déplacement et d’un antidéplacement est antidéplacement
•La composée d’un antidéplacement et d’un déplacement est antidéplacement
On note par +
Is l’ensemble des déplacement et par −
Is l’ensemble des antidéplacement
•Deux déplacement qui coïncident sur deux points distincts sont égaux.
•Deux antidéplacement qui coïncident sur deux points distincts sont égaux.
•Soit A , B , C et D des poins du plan tels que AB = CD et 0AB ≠
4
•Il existe un unique déplacement f tel que ( ) CAf = et ( ) DBf =
•Il existe un unique antidéplacement g tel que ( ) CAg = et ( ) DBg =
•Angle d’un déplacement
Soit +
∈ Isf . A, B ,C et D quatre points tels que 0AB ≠ tel que
( )
( )


′=
′=
BBf
AAf
En désigne par θ une mesure de l’angle ( )BA,AB ′′ , On dit que f est un déplacement d’angle θ
DEPLACEMENTS
Écriture complexe des translations
La translation u
t de vecteur u associe, à tout point M d’affixe z le point M ′ d’affixe
u
zzz +=′ , où
u
z
désigne l’affixe de u .
Écriture complexe des rotations
La rotation α;Ωr de centre Ω et d’angle α, est la transformation qui, à tout point M d’affixe z le point M ′
d’affixe ΩΩ
i
z)zz(ez +−=′ α
.
Pour résumer, on voit que les translations et les rotations du plan ont une écriture complexe de la forme
bazz +=′ , a et b étant des complexes avec 1a = .
Dans la cas de la translation : 1a = et
u
zb = .
Dans la cas de la rotation : αi
ea = et )e1(zb i
Ω
α
−= .
Réciproquement, si une transformation du plan a une écriture complexe de la forme bazz +=′ , a et b
étant des complexes avec 1a = , est une translation ou une rotation.
Composée de deux rotations : f = βα ,'Ω;Ω rr
Si [ ]πβα 20=+ ,alors f est une translation.
Si [ ]πβα 20≠+ , alors f est une rotation d’angle βα + .
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Cours isometrie du plan

  • 1. 1 On va travailler dans le plan muni d’un repère orthonormé direct ( )21 e,e;O . ISOMETRIE Une isométrie f du plan est une transformation du plan qui conserve les distances, c’est-à-dire que : pour tous les points M et N du plan, si M ′ et N′ désignent leurs images par f, on aura NMMN ′′= . •Les isométries transforment respectivement un segment, une demi-droite, une droite, un cercle en un segment, une demi-droite, une droite, un cercle. Plus précisément, f désignant une isométrie : •L'image du segment [ ]AB est le segment [ ])B(f)A(f ; ces deux segments ont la même longueur ; •L'image de la droite ( )AB est la droite ( ))B(f)A(f ; •L'image du cercle de centre A et de rayon r est le cercle de centre )A(f et de rayon r. •Les isométries conservent le parallélisme parce que les images de deux droites parallèles sont deux droites parallèles. •Les isométries conservent la perpendicularité •Les isométries conservent les milieux •Plus généralement les isométries conservent les barycentres. •Les isométries conservent les angles •Les isométries qui conservent l’orientation des angles s’appellent des déplacements. •Les isométries qui renversent l’orientation des angles s’appellent des antidéplacements •La composée de deux déplacements ou de deux antidéplacements est un déplacement. •La composée d’un déplacement et d’un antidéplacement, ou d’un antidéplacement et d’un déplacement est un antidéplacement. •Il existe dans le plan quatre sortes d’isométries : les translations, les rotations, les symétries axiales et les symétries glissées. •Les translations et les rotations sont des déplacements, les symétries axiales et les symétries glissées sont des antidéplacements. Voici les définitions correspondantes : Translation Soit u un vecteur du plan. La translation de vecteur u , notée u t , est la transformation qui, à tout point M du plan, associe le point M ′ tel que uMM =′ . •La réciproque de la translation de vecteur u est la translation de vecteur u− : u 1 u tt − − = . •La composée de deux translations est une translation : uvvuvu otttott == + . •La translation de vecteur 0 est l’identité : idt 0 = . •Une translation autre que id n’a pas de point fixe. Rotation Soit Ω un point du plan et α un angle orienté. La rotation de centre Ω et d’angle α, notée α;Ωr est la transformation qui, à tout point M du plan, associe le point M ′ tel que MM =′ si ΩM = et tel que MΩMΩ ′= et ( ) [ ]πα 2MΩ;MΩ =′ sinon. •Si [ ]πα 20= , α;Ωr est l’identité. •Si [ ]πα 20≠ , α;Ωr n’a que Ω comme point fixe. •Si [ ]ππα 2= , α;Ωr est la symétrie centrale de centre Ω , notée Ωs . •La réciproque de la rotation de centre Ω et d’angle α est la rotation de centre Ω et d’angle α− : αα − − = ;Ω 1 ;Ω rr . •Il est facile de composer deux rotations de même centre : αββαβα ;Ω;Ω;Ω;Ω;Ω orrrorr == + . En particulier idoss ΩΩ = : Ω 1 Ω ss = − . Fiche de cours 4ème Maths IsometriesIsometriesIsometriesIsometries du plandu plandu plandu plan MathsMathsMathsMaths au lyceeau lyceeau lyceeau lycee *** Ali AKIRAli AKIRAli AKIRAli AKIR Site Web : http://maths-akir.midiblogs.com/
  • 2. 2 Propriété Si A et B sont deux points distincts du plan, et A′ et B′ leurs images respectives par α;Ωr , on aura : ( ) [ ]πα 2BA;AB =′′ . Symétrie orthogonale Soit ∆ une droite du plan. La symétrie axiale d’axe ∆ , notée ∆s , est la transformation qui, à tout point M du plan, associe le point M ′ tel que MM =′ si ∆M ∈ et tel que ∆ soit la médiatrice de [ ]MM ′ si ∆M ∉ . A la place de « symétrie orthogonale », on peut aussi dire « réflexion » ou « symétrie axiale ». La réciproque de la symétrie axiale d’axe ∆ est elle-même : ∆ 1 ∆ ss = − ; idoss ∆∆ = . Les points fixes de ∆s sont les points de ∆ . Symétrie glissante Soit ∆ une droite du plan et u un vecteur directeur de ∆ . La symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur u , notée u;∆ s , est la transformation ∆u ost . • u∆∆uu;∆ otsosts == . • u2u;∆u;∆ toss = . •Une symétrie glissée n’a pas de point fixe. •La réciproque de la symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur u est la symétrie glissée d’axe ∆ et de vecteur u− . Composée de deux symétries axiales Soient 1D et 2D deux droites du plan. 1s et 2s les symétries axiales d’axes respectifs 1D et 2D . Cas où les droites D1 et D2 sont parallèles La composée 12 oss de deux symétries axiales d’axes 1D et 2D parallèles est une translation dont le vecteur est perpendiculaire à ces droites. Si 21OO est un vecteur perpendiculaire à 1D et 2D avec 11 DO ∈ et 22 DO ∈ , le vecteur de cette translation est 21OO2 . Remarques 1°) Sauf dans le cas où 1D et 2D sont confondues et où idossoss 2112 == , 1s et 2s ne commutent pas : 12 oss est la translation de vecteur 21OO2 et 21oss est la translation de vecteur 12OO2 . 2°) Toute translation peut donc être décomposée, d’une infinité de manières différentes possibles, comme la composée de deux symétries axiales d’axes parallèles entre eux et perpendiculaires au vecteur de la translation. Cas où les droites D1 et D2 sont sécantes
  • 3. 3 La composée 12 oss de deux symétries axiales d’axes 1D et 2D sécants en O est une rotation de centre O. Si 1v et 2v sont des vecteurs directeurs respectifs de 1D et de 2D , l’angle de cette rotation est ( )21 v;v2 . Remarques 1°) L’angle ( )21 v;v2 dépend des droites 1D et 2D mais pas des vecteurs directeurs 1v et 2v choisis sur ces droites. Si par exemple on remplace 1v par 1v− , on a : ( ) ( ) ( ) ( ) [ ]π2v;v2v;v2v;v2v;v2 21211121 =+−=− car ( ) [ ]ππ 2v;v 11 =− . 2°) Sauf dans le cas où 1D et 2D sont perpendiculaires et où Ω2112 sossoss == (symétrie centrale de centre O, 1s et 2s ne commutent pas : 12 oss est une rotation d’angle ( )21 v;v2 et 21oss est une rotation d’angle ( )12 v;v2 . 3°) Toute rotation peut donc être décomposée, d’une infinité de manières différentes possibles, comme la composée de deux symétries axiales d’axes sécants au centre de cette rotation. 4°) On verra que toute isométrie du plan peut être obtenue en composant une, deux ou trois symétries axiales. Isométries fixant un point Théorème 1 Soit f une isométrie et O un point du plan. L’isométrie f se décompose d’une manière unique sous la forme togf = , où t désigne une translation et g désigne une isométrie laissant O fixe. Théorème 2 1) Une isométrie fixant trois points A, B et C non alignés est l’identité. 2) Une isométrie distincte de l’identité fixant au moins deux points distincts A et B est la symétrie axiale d’axe )AB( . 3) Une isométrie ne fixant que le point A est une rotation de centre A et d’angle non nul. Récapitulations : Nombre de points fixes zéro Un seul Au moins deux, jamais trois non alignés Trois non alignés Nature de l’isométrie Translation ou glissement rotation symétrie L’identité du plan Décomposition 2 ou 3 symétries 2 symétries 1 symétrie 2 symétries Déplacements – antidéplacements •On appelle déplacement toute isométrie qui conserve les mesures des angles orientés. •On appelle antidéplacement toute isométrie qui change les mesures des angles orientés en leurs opposées. •Une isométrie est un déplacement, si et seulement si, elle est la composé n symétries orthogonales avec n est un entier naturel pair. •Une isométrie est un antidéplacement, si et seulement si, elle est la composé n symétries orthogonales avec n est un entier naturel impair Classification des isométries. ementantidéplacglissanteSymétrie ementantidéplaceorthogonalSymétrie tdéplacemennTranslatio tdéplacemenRotation tdéplacemenIdentié •La composée de deux déplacement est déplacement •La composée de deux antidéplacement est déplacement •La composée d’un déplacement et d’un antidéplacement est antidéplacement •La composée d’un antidéplacement et d’un déplacement est antidéplacement On note par + Is l’ensemble des déplacement et par − Is l’ensemble des antidéplacement •Deux déplacement qui coïncident sur deux points distincts sont égaux. •Deux antidéplacement qui coïncident sur deux points distincts sont égaux. •Soit A , B , C et D des poins du plan tels que AB = CD et 0AB ≠
  • 4. 4 •Il existe un unique déplacement f tel que ( ) CAf = et ( ) DBf = •Il existe un unique antidéplacement g tel que ( ) CAg = et ( ) DBg = •Angle d’un déplacement Soit + ∈ Isf . A, B ,C et D quatre points tels que 0AB ≠ tel que ( ) ( )   ′= ′= BBf AAf En désigne par θ une mesure de l’angle ( )BA,AB ′′ , On dit que f est un déplacement d’angle θ DEPLACEMENTS Écriture complexe des translations La translation u t de vecteur u associe, à tout point M d’affixe z le point M ′ d’affixe u zzz +=′ , où u z désigne l’affixe de u . Écriture complexe des rotations La rotation α;Ωr de centre Ω et d’angle α, est la transformation qui, à tout point M d’affixe z le point M ′ d’affixe ΩΩ i z)zz(ez +−=′ α . Pour résumer, on voit que les translations et les rotations du plan ont une écriture complexe de la forme bazz +=′ , a et b étant des complexes avec 1a = . Dans la cas de la translation : 1a = et u zb = . Dans la cas de la rotation : αi ea = et )e1(zb i Ω α −= . Réciproquement, si une transformation du plan a une écriture complexe de la forme bazz +=′ , a et b étant des complexes avec 1a = , est une translation ou une rotation. Composée de deux rotations : f = βα ,'Ω;Ω rr Si [ ]πβα 20=+ ,alors f est une translation. Si [ ]πβα 20≠+ , alors f est une rotation d’angle βα + .