What is Investigating Inégalités triangulaires?

Quelles sont les choses dont tu sais qu'elles sont vraies à propos des triangles ? Si tu as vu le film Le Magicien d'Oz, tu as certainement entendu l'épouvantail réciter le théorème de Pythagore ! Le théorème de Pythagore est-il vrai pour tous les triangles ? Il s'avère que la réponse est non, il faut que ce soit un triangle rectangle. Mais il existe des inégalités de triangle particulières qui sont vraies pour tous les triangles, avec ou sans angle droit !

Définition d'une inégalité de triangle

Commençons par examiner ce qu'est une inégalité triangulaire.

Dans cet article, tu verras plusieurs types d'inégalités de triangle, ainsi que des exemples de chacune d'entre elles.

Théorème de l'inégalité du triangle

L'un des théorèmes d'inégalité les plus importants concernant les triangles est que si tu additionnes la longueur de deux côtés quelconques, elle sera plus grande que la longueur du côté restant.

Prenons l'exemple d'un triangle.

Fig. 1. Un triangle général.

Rappelle-toi que la notation d'un côté du triangle se réfère aux angles, donc le côté reliant les points \N(A\N) et \N(B\N) s'écrira \N(AB\N). La longueur de \ (AB\) s'écrit \ (|AB\). Tu peux donc reformuler le théorème de l'inégalité triangulaire comme suit

\N-[ |AC| + |BC| > |AB|.\N]

Ceci est vrai pour n'importe quelle paire de côtés, donc le théorème de l'inégalité du triangle te dit aussi que

\N-[ |AB| + |AC| > |BC|\N]

et

\N- [|AB| + |BC| > |AC|.\N]

Ça a l'air bien, mais pourquoi sais-tu que c'est vrai ?

Preuve de l'inégalité du triangle

Tu ne veux certainement pas avoir à démontrer que ces trois inégalités sont vraies, alors l'idée est de choisir une affirmation au hasard et de la prouver. L'idée est donc de choisir une affirmation au hasard et de la prouver, puis de procéder de la même façon pour les deux autres. Essayons donc de prouver que

\N-[ |AC| + |BC| > |AB|.\N]

Une preuve géométrique est le moyen le plus simple. Trace deux arcs, l'un à partir du coin \N(A\N) et l'autre à partir du coin \N(B\N). Le rayon de l'arc centré sur \(A\) est \(|AC\), et le rayon de l'arc centré sur \(B\) est \(|BC\).

Fig. 2. Triangle avec des arcs dessinés à partir des coins A et B.

D'après la façon dont les arcs sont dessinés, tu sais que la distance entre \N(A\N) et \N(E\N) est la même que \N(|AC\N), et que la distance entre \N(B\N) et \N(D\N) est la même que \N(|BC\N). En regardant l'image, tu sais que

\N- [|AD| + |DE| + |EB| = |AB|,\N]

donc

\[ \begin{align} \N-AB| &< |AD| + 2|DE| + |EB| \N- &= \N- gauche( |AD| + |DE| \Ndroite) + \N- gauche(|DE| + |EB| \Ndroite) \N- &= |AC| + |BC|, \N- end{align} \]

ce qui est exactement ce que tu essayais de montrer ! Remarque que nous avons utilisé une astuce astucieuse en ajoutant \N(|DE| \N) pour rendre l'ensemble plus grand. Cela ne fonctionne que parce que \(|DE| \) est un nombre positif.

Théorème d'inégalité sur les côtés et les angles d'un triangle

Tu peux aussi parler des relations entre les côtés et les angles d'un triangle. Rappelle-toi que la mesure d'un angle est le nombre de degrés (ou radians) qu'il contient. La notation peut être la suivante

• \N(m (\Nangle A)\N)

• \(\text{meas }\angle A\), ou

• \(\angle mesuré A\)

selon le livre que tu regardes. Par souci de cohérence, cet article utilise \( m ( \angle A)\).

Revenons à l'image du triangle.

Fig. 3. Un triangle général.

Le théorème de l'angle côté dit que si un côté est plus long qu'un autre, alors leur angle opposé au côté le plus long est plus grand que l'angle opposé au côté le plus court. En d'autres termes :

• si \N(|AC| > |AB|) alors \N( m(\Nangle B) > m(\Nangle C)\N) ;

• si \N(|BC| > |AC|) alors \N(m( \Nangle A) > m(\Nangle B)\N) ;

et ainsi de suite pour les autres comparaisons.

Théorème d'inégalité des angles extérieurs

Un dernier théorème d'inégalité des triangles, qui concerne cette fois les angles extérieurs. Commençons par une image.

Fig. 4. Triangle dont les angles intérieurs et extérieurs sont indiqués.

Dans l'image ci-dessus, les angles \N(b\N), \N(f\N) et \N(c\N) sont les angles intérieurs du triangle, tandis que les angles \N(a\N), \N(g\N) et \N(d\N) sont les angles extérieurs.

Tu dois aussi savoir que les deux angles intérieurs d'un triangle qui ne sont pas à côté d'un angle extérieur donné sont appelés angles intérieurs éloignés. Ainsi, pour l'angle extérieur \(g\), les angles intérieurs éloignés sont l'angle \(b\) et l'angle \(c\).

L'inégalité du triangle des angles extérieurs dit que la mesure d'un angle extérieur est plus grande que la mesure de l'un ou l'autre de ses deux angles intérieurs éloignés. En d'autres termes,

\N[m(\Nangle a) > m(\Nangle c) \Ntext{ and } m (\Nangle a) > m(\Nangle f).\N]

Tu peux dire la même chose pour les deux autres angles extérieurs de ce triangle.

Applications des inégalités triangulaires

Jetons un coup d'œil à quelques façons d'utiliser les inégalités triangulaires.

Prenons un autre exemple.