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CoursCinquième

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Hauteurs, médianes et aire du triangle

Hauteurs et orthocentre

Dans un triangle non aplati, la hauteur issue d’un sommet est la droite qui passe par ce sommet et est perpendiculaire à la droite portant le côté opposé. Son intersection avec cette droite est le pied. Le mot hauteur peut aussi désigner le segment ou sa longueur.

Une hauteur est perpendiculaire à la droite portant le côté opposé.

Le pied peut être sur le côté, sur son prolongement ou à un sommet. Les trois hauteurs passent par un même point : l’orthocentre (résultat admis), qui peut être intérieur ou extérieur.

Aire : associer la bonne base et sa hauteur

Pour une base de longueur $b$ et sa hauteur perpendiculaire $h$, exprimées dans la même unité :

\[\mathcal A=\frac{b\times h}{2}.\]

Le pied peut être extérieur ; un côté oblique n’est pas une hauteur. Changer de base impose de changer de hauteur correspondante. Avec $b=6$ cm et $h=4$ cm, l’aire vaut $\frac{6\times4}{2}=12$ cm². Les unités carrées ne se convertissent pas comme les longueurs : $1\ \mathrm{dm}^2=100\ \mathrm{cm}^2$.

Voir un exemple — Changer de base, convertir puis retrouver une autre hauteur

Une aire, deux bases possibles

Dans le triangle $ABC$, $AH$ est la hauteur associée à $BC$ et $BK$ celle associée à $AC$. Si $BC=0{,}84$ dm, $AH=5$ cm et $AC=7$ cm, on convertit d'abord $BC=8{,}4$ cm. L'aire vaut $\frac{8{,}4\times5}{2}=21$ cm², soit $0{,}21$ dm².

Triangle ABC avec deux hauteurs distinctes AH perpendiculaire à BC et BK perpendiculaire à AC ; données 8,4 cm, 5 cm et 7 cm.
Chaque base doit être associée à sa propre hauteur.

En reprenant la même aire avec la base $AC$, l'égalité $\frac{7\times BK}{2}=21$ donne $BK=6$ cm. Les deux couples conduisent à une aire identique ; la hauteur ne se choisit pas indépendamment de la base.

Comprendre pourquoi — Pourquoi l’aire vaut la moitié du produit base-hauteur

Comprendre la propriété

Une diagonale partage un rectangle en deux triangles superposables. Chacun a pour aire la moitié du produit des deux côtés perpendiculaires : $\frac{u\times v}{2}$.

Le rectangle partagé par PR et son milieu O ; triangles PQR et RSP identifiables.

Pour un triangle quelconque, note $H$ le pied de la hauteur issue de $A$ sur la droite $(BC)$ et $h=AH$. Si $H$ appartient à $[BC]$, additionne les aires des deux triangles rectangles : $\frac{BH\times h}{2}+\frac{HC\times h}{2}=\frac{BC\times h}{2}$. Si $H$ est un sommet de la base, le triangle est déjà rectangle.

Si $H$ est à l’extérieur, du côté de $B$, retire le petit triangle rectangle du grand : $\frac{HC\times h}{2}-\frac{HB\times h}{2}=\frac{BC\times h}{2}$. De l’autre côté, on échange $B$ et $C$.

Pied extérieur H : le triangle AHB est retiré du triangle AHC.

Médianes et triangles particuliers

Une médiane joint un sommet au milieu du côté opposé ; elle n’est pas forcément perpendiculaire à ce côté. Il y en a trois. Elle partage le triangle en deux triangles d’aires égales : ils ont des bases égales et la même hauteur.

Une médiane relie un sommet au milieu du côté opposé.

Dans un isocèle, la médiane du sommet principal est aussi une hauteur et un axe de symétrie ; dans un équilatéral, c’est vrai des trois médianes. Dans un triangle rectangle, les deux côtés de l’angle droit portent deux hauteurs et l’orthocentre est le sommet droit.

Mathos Locos