Triangle

Pour les articles homonymes, voir Triangle (homonymie). 

En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et les trois segments qui les relient. La dénomination de « triangle » est justifiée par la présence de trois angles dans cette figure, ceux formés par les segments entre eux. Les trois points sont les sommets du triangle, les trois segments ses côtés, et les trois angles ses angles.

Dans la suite, nous ne considérerons pas les triangles dégénérés, aux sommets alignés, car ils ne vérifient pas la plupart des propriétés attribuées aux triangles. Il existe deux sortes de triangles dégénérés, les triangles plats, avec un angle plat ( de 180° ) et deux angles nuls ( de 0° ), et les triangles en aiguille, avec un angle nul ( de 0° ) et deux angles droits ( de 90° ).

Un triangle peut aussi être défini comme un polygone à trois côtés (ou trois sommets). Après le point et le segment ( limité par deux points ), le triangle est la figure géométrique "limitée" la plus simple.

La plupart des propriétés et définitions énoncées dans cet article étaient déjà connues d'Euclide, environ 300 ans avant Jésus-Christ, comme en atteste son ouvrage, "Eléments de géométrie".

Pour l'étude du triangle dans d'autres géométries, voir Triangle (géométries non euclidiennes).

Convention d'écriture

Un triangle nommé ABC

Comme tout polygone, on nomme un triangle en citant le nom de ses sommets, par exemple ABC.En général, pour nommer les longueurs des côtés, on utilise le nom de l'angle opposé, en minuscules : <math>a = BC</math>, <math>b = AC</math>, <math>c = AB</math>. On nomme les angles en utilisant des lettres grecques minuscules ou le nom du sommet surmonté d'un accent circonflexe : <math>\alpha = \widehat{A} = \widehat{BAC}</math>, <math>\beta = \widehat{B} = \widehat{ABC}</math>, <math>\gamma = \widehat{C} = \widehat{ACB}</math>.

Nous utiliserons ces notations dans cet article.

Propriétés élémentaires

Triangle et autres polygones

Le triangle est le plus simple des polygones. C'est le seul qui ne possède pas de diagonale. Dans l'espace, il n'est pas nécessaire de s'assurer que trois points sont coplanaires pour obtenir un triangle, alors que, par exemple, si quatre points coplanaires forment un quadrilatère, quatre points non coplanaires ne forment pas un polygone, mais un tétraèdre :

Un quadrilatère, avec ses diagonales

Un tétraèdre

D'autre part, tout polygone peut être "découpé" en triangles (on dit que ces triangles forment une partition de ce polygone), le nombre minimal de triangles étant n-2, où n est le nombre de côtés du polygone. On voit que l'étude des triangles est fondamentale pour celle des autres polygones, par exemple pour la démonstration du théorème de Pick.

Longueurs des côtés

La somme de deux longueurs de côtés d'un triangle est toujours strictement supérieure au troisième côté. Autrement dit, on a toujours, dans un triangle ABC :

a + b > c

a + c > b

b + c > a

Réciproquement, étant donnés trois nombres réels a, b et c tels que a < b < c, si a + b > c, alors il existe un triangle dont les côtés mesurent a, b et c.

La somme des longueurs des trois côtés d'un triangle est appelée son périmètre.

La somme des angles d'un triangles est l'angle plat.

Somme des angles

La somme des mesures des angles d'un triangle n'a pas de nom particulier.

Elle est égale à la mesure de l'angle plat (soit 180° ou π radians).

Typologie des triangles

Les triangles peuvent se classer de plusieurs manières :

• suivant le nombre de côtés égaux;
• suivant le nombre d'angles égaux;
• suivant le nombre d'axes de symétrie présents;
• suivant le type de symétrie présent;
• suivant le type des angles ( aigus, droits ou obtus ).

En fait, tous ces classements, sauf le dernier, sont équivalents.

Classement suivant le type d'angles

Comme la somme des angles d'un triangle vaut 180°, un triangle ne peut pas comporter deux angles droits (mesurant 90°) ou obtus (mesurant plus de 90°). Il a donc au moins deux angles aigus. Si le troisième angle est :

• droit, on parle de triangle « rectangle »;
• obtus, on parle de triangle « obtusangle » ( ou parfois de triangle obtus );
• aigu, on parle de triangle « acutangle » ( ou de triangle aigu ).

Triangle rectangle

Les deux propositions suivantes sont équivalentes :

• Un triangle admet un angle droit.
• Le carré du plus grand côté d'un triangle est égal à la somme des carrés des deux autres côtés.

(Cette équivalence est appelée Théorème de Pythagore).

Dans ce cas, le triangle est dit rectangle.

Le côté le plus grand d'un triangle rectangle est appelé hypoténuse.

Triangle obtusangle

Triangle rectangle

Triangle acutangle

Classement suivant les côtés égaux

Triangle isocèle

Les propositions suivantes sont équivalentes :

• Un triangle a deux côtés de même longueur.
• Un triangle a deux angles de même mesure.
• Un triangle a un axe de symétrie.

Dans ce cas le triangle est dit isocèle.

Lorsqu'un triangle ABC est tel que AC = AB (les deux côtés d'extrémité A sont égaux), alors on dit que le triangle est isocèle de sommet A. A est le sommet principal du triangle. Le côté [BC], opposé à A, est appelé base du triangle.

Triangle équilatéral

Les propositions suivantes sont équivalentes :

• Un triangle a ses trois côtés de même longueur.
• Un triangle a ses trois angles de même mesure.
• Un triangle a trois axes de symétrie. ( En fait deux axes de symétrie suffisent )
• Un triangle a un centre de rotation ( forcément d'ordre trois ).

Dans ce cas le triangle est dit équilatéral. un triangle équilatéral est un triangle isocèle particulier.

Le triangle équilatéral est acutangle.

Triangle scalène

Un triangle scalène ( du grec skalenos : boîteux, inégal, déséquilibré, oblique...) est un triangle :

• dont les trois côtés sont de longueurs différentes;
• ou dont les trois angles sont de mesures différentes;
• ou encore qui n'a pas d'axe de symétrie. ( Il n'est donc pas isocèle )

Les trois définitions ci-dessus sont équivalentes entre elles.

Triangle isocèle

Triangle équilatéral

Triangle scalène

Triangles rectangles remarquables

Triangle 3-4-5

C'est un triangle rectangle dont les côtés forment une progression <math> ( 3 , 4 , 5 ) \,</math>. En effet, on peut remarquer que 5² = 3² + 4² (soit 25 = 9 + 16), ce qui vérifie la définition précédente.

Ce cas particulier d'un triangle rectangle est connu depuis l'Antiquité. Il est facile à réaliser à l'aide d'une corde à treize noeuds : on l'utilise donc pour tracer un angle droit au sol. Pour cette raison, on l'appelle aussi « triangle des arpenteurs ».

Triangle 30-60-90

C'est un triangle rectangle dont les angles font 30°, 60° et 90°, c'est-à-dire forment une progression <math> ( 1 , 2 , 3 ) \,</math>. Les côtés forment quand à eux une progression <math> ( 1 , \sqrt{3} , 2 ) \,</math>.

Ce triangle est parfois aussi appelé « triangle de l'écolier » : les équerres d'écolier ont parfois cette forme. On parle aussi de « triangle hémi-équilatéral ». Cette dernière appellation se justifie en remarquant qu'un triangle équilatéral peut être coupé suivant un axe reliant l'un de ses sommets au milieu du côté opposé, pour donner deux triangles 30-60-90 égaux.

Demi-carré

Un triangle peut être à la fois rectangle et isocèle. Ses deux angles aigus mesurent 45° (ou π/4 rad).

C'est le triangle obtenu en divisant un carré en deux suivant sa diagonale, d'où le nom du triangle : « demi-carré ».

Triangle des arpenteurs

Triangle de l'écolier

Triangle demi-carré

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Éléments remarquables du triangle

Médianes et centre de gravité

On appelle « médiane » d'un triangle chacune des trois droites passant par un sommet du triangle et par le milieu du côté opposé à ce sommet.

Propriété

Chacune des trois médianes divise le triangle en deux triangles d'aires égales.

Propriété

Les trois médianes d'un triangle sont concourantes. Leur point d'intersection <math> G \,</math> est nommé « centre de gravité » du triangle : si le triangle était une plaque solide homogène, on pourrait le faire tenir en équilibre sur une pointe en le posant exactement sur ce point <math>G</math>.

Propriété

Il découle de la démonstration précédente que l'intersection des trois médianes est aussi l'isobarycentre des points <math>A</math>, <math>B</math> et <math>C</math>. De ce fait, si <math>I</math> désigne le milieu du côté <math>[BC]</math> on a la relation vectorielle :

<math>\overrightarrow{AG} = \frac{2}{3} \overrightarrow{AI}</math>.

Cette relation s'applique également aux deux autres sommets du triangle vis-à-vis du milieu de leur côté opposé.

Médianes et centre de gravité d'un triangle

Médiatrices et cercle circonscrit

On appelle « médiatrice » d'un triangle chacune des médiatrices de ses côtés <math>[AB]</math>, <math>[AC]</math> et <math>[BC]</math>.

Propriété

Les trois médiatrices d'un triangle sont concourantes en un point <math> \Omega \,</math> ( qui est aussi le « centre du cercle circonscrit », voir ci-dessous ).

Propriété

Il existe un et un seul cercle passant à la fois par les trois sommets du triangle. Ce cercle de centre <math> \Omega \,</math> est appelé « cercle circonscrit » au triangle.

Médiatrices et cercle circonscrit d'un triangle.

Bissectrices et cercle inscrit

Les bissectrices d'un triangle sont les trois bissectrices de ses angles.

Propriété

Les trois bissectrices d'un triangle sont concourantes en un point <math> O \,</math> ( qui est aussi le « centre du cercle inscrit », voir ci-dessous ).

Propriété

Il existe un et un seul cercle intérieur au triangle et tangent à la fois à ses trois côtés. Ce cercle de centre <math> O \,</math> est appelé « cercle inscrit » dans le triangle.

Voir Cercles inscrit et exinscrits d'un triangle

Bissectrices et cercle inscrit d'un triangle.

Hauteurs et orthocentre

On appelle « hauteur » d'un triangle chacune des trois droites passant par un sommet du triangle et perpendiculaire au côté opposé à ce sommet. L'intersection de la hauteur et du côté opposé s'appelle « pied » de la hauteur.

Propriété

Les trois hauteurs d'un triangle sont concourantes. Leur point d'intersection <math> H \,</math> est nommé « orthocentre » du triangle.

Hauteurs et orthocentre d'un triangle

Autres éléments remarquables

Les trois points <math>H</math>, <math>G</math> et <math>\Omega</math> sont alignés sur une droite appelée droite d'Euler du triangle.

Par ailleurs les milieux des trois côtés ainsi que les trois pieds des hauteurs sont sur un même cercle dénommé cercle d'Euler du triangle.

Droite et cercle d'Euler d'un triangle.

Propriétés en géométrie euclidienne

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Aire d'un triangle

L'aire d'un triangle est l'aire de la portion du plan qu'il enferme. Il existe plusieurs manières de la calculer, selon les informations dont on veut partir.

À partir des longueurs des trois côtés

Voir Aire de surfaces usuelles

L'aire d'un triangle peut être calculé en le décomposant en deux triangles rectangle.

Comme un triangle rectangle peut-être obtenu en divisant en deux parties égales un rectangle selon sa diagonale, l'aire d'un triangle rectangle en <math>A</math> est simplement le demi produit des longueurs <math>b</math> et <math>c</math> soit <math>S=\frac12 b \times c</math>.

En traçant une hauteur d'un triangle quelquonque, on peut le décomposer en deux triangles rectangles. En utilisant la formule précédente, on trouve alors que l'aire d'un triangle est simplement la moitié du produit de la longueur de la hauteur <math>h</math> par la longueur du côté opposé (ici <math>a</math>) soit <math>S=\frac12 a \times h</math>.

On peut aussi utiliser la formule de Héron d'Alexandrie :

où <math> p = \frac12 (a+b+c)</math> est le demi-périmètre du triangle.

À partir des vecteurs

L'aire d'un triangle calculé à partir d'un parallélgoramme.

L'aire du parallélogramme défini par deux vecteurs <math>\overrightarrow{u}</math> <math>\overrightarrow{v}</math> est la norme de leur produit vectoriel :

On peut calculer l'aire d'un triangle à partir de cette formule :

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Relations métriques dans un triangle

Notations :

p désigne le demi-périmètre du triangle : <math> p = \frac12 (a+b+c)</math> ;

S désigne la surface du triangle ;

R désigne le rayon du cercle circonscrit ;

h désigne la hauteur relative au coté BC de longueur a ;

r désigne le rayon du cercle inscrit ;

• <math>S=\frac{ah}{2}=pr=\frac{abc}{4R}</math>

• <math>S=\frac{1}{2}bc\,\sin\hat A=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}</math>   (Formule de Héron)

• <math>a^2=b^2+c^2-2bc\cos\hat A</math>   (Théorème d'Al-Kashi, ou Théorème de Pythagore généralisé)

• <math>\frac{a}{\sin\hat A}=\frac{b}{\sin\hat B}=\frac{c}{\sin\hat C}=\frac{abc}{2S}=2R</math> (formule « des sinus »)

Avec <math>\hat A + \hat B + \hat C = \pi</math>, les 2 dernières formules sont à la base des méthodes de triangulation en géodésie et astronomie.

Triangles semblables et isométriques

Deux triangles sont isométriques lorsque l'un est une image de l'autre par transformation de type : rotation, translation et/ou symétrie.

Deux triangles sont semblables lorsque leurs 3 angles sont respectivement égaux deux à deux.

Dans l'espace

Polyèdres à faces triangulaires

Le triangle est la forme des faces de nombreux polyèdres réguliers : tétraèdre (quatre faces qui sont des triangles équilétéraux, c'est la pyramide à base triangulaire), octaèdre (huit face, les pyramides égyptiennes sont des demi-octaèdres), icosaèdre (vingt faces)...

Voir aussi

Articles connexes

• liste des éléments remarquables d'un triangle
• résolution d'un triangle
• Triangle de Pascal
• Triangle de Sierpinski
• Symbolique du triangle

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