Théorème de l'angle inscrit et de l'angle au centre

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Figure 1 : angles inscrits AMB = ANB et angle au centre AOB

En géométrie euclidienne plane, plus précisément dans la géométrie du cercle, les théorèmes de l'angle inscrit et de l'angle au centre établissent des relations liant les angles inscrits et les angles au centre interceptant un même arc.

Le théorème de l'angle au centre affirme que, dans un cercle, un angle au centre mesure le double d'un angle inscrit interceptant le même arc.

Le théorème de l'angle inscrit est une conséquence du précédent et affirme que deux angles inscrits interceptant le même arc de cercle ont la même mesure.

Il existe deux versions de ces théorèmes, une concernant les angles géométriques et l'autre les angles orientés.

Théorème de l'angle au centre[modifier | modifier le code]

Version relative aux angles géométriques[modifier | modifier le code]

Figure 2 : angle inscrit AMB obtus, angle au centre AOB rentrant

Théorème — Soit M un point d'un cercle Γ, de centre O, A et B sont deux points du cercle distincts de M. Si les angles AMB et AOB interceptent le même arc AB alors : .

Il existe donc deux situations, l'une où l'angle inscrit de sommet M est aigu, donc l'angle au centre de sommet O saillant (figure 1), l'autre où l'angle inscrit de sommet M est obtus, donc l'angle au centre de sommet O rentrant (figure 2).


La démonstration de ce théorème se fait en deux étapes.

Angle centre dem.svg

  • Dans un premier temps (figure ci-dessus à gauche) on démontre que si [MD] est un diamètre alors on a : .

En effet, on a : et comme le triangle AOM est isocèle de sommet O, on sait que : D'où l'égalité.

  • Dans l'autre temps on remarque que, quelles que soient les positions de A et B l'angle est la somme (figure du centre) ou la différence (figure de droite) des angles et et qu'il en sera de même pour l'angle , somme ou la différence des angles et .

Version relative aux angles orientés[modifier | modifier le code]

L'énoncé et la démonstration de la propriété sont beaucoup plus simples avec des angles orientés.

Théorème — Si A et B sont deux points d'un cercle Γ de centre O et si M est un point de Γ distinct de A et B alors : .

la démonstration utilise simplement la relation de Chasles sur les angles orientés et la propriété des triangles isocèles.

.

Comme les triangles OAM et OBM sont isocèles, on a : et : .

En remplaçant on obtient :

.

Propriété réciproque —  Si A et B sont deux points distincts d'un cercle Γ de centre O et M un point distinct de A et B et si : alors M est sur le cercle.

Cette propriété se démontre en remarquant que l'égalité précédente empêche les points M, A et B d'être alignés (l'angle n'est jamais nul). On peut donc considérer le centre O' du cercle circonscrit au triangle MAB et utiliser le sens direct de la propriété

on obtient donc :.

Les triangles isocèles (OAB) et (O'AB) ont même base et même angle au sommet, ils sont donc confondus et O' = O. Le point M est bien sur le cercle Γ.

Théorème de l'angle inscrit[modifier | modifier le code]

Angle inscrit 3.svg

Version relative aux angles géométriques[modifier | modifier le code]

Théorème — Deux angles inscrits dans un cercle interceptant le même arc de cercle sont de même mesure.

Un angle est inscrit dans un cercle si son sommet appartient au cercle. L'arc qu'il intercepte peut être sortant ou rentrant. Dans le second cas, les angles géométriques sont obtus, mais la propriété s'énonce de la même façon : .

Cette propriété est une conséquence directe du théorème de l'angle au centre.

En effet, puisque : et , il vient immédiatement que : .

Angles inscrits dans un cercle : Les angles bleu et vert interceptent le même arc (rose), ils ont même mesure θ. L'angle brun intercepte l'arc noir, qui complète l'arc rose, il est supplémentaire aux deux autres angles

Complément — Deux angles inscrits dans un cercle interceptant des arcs de cercle complémentaires[1] sont supplémentaires.

Les angles inscrits interceptent deux arcs complémentaires si leurs sommets sont de part et d'autre de la corde associée aux deux arcs.

La propriété énoncée est encore une conséquence directe du théorème de l'angle au centre. Lorsque les arcs sont complémentaires, la somme des angles au centre donne un angle plein. Comme les angles inscrits valent moitié des angles au centre, la somme des angles inscrits donne un angle plat.

Version relative aux angles orientés[modifier | modifier le code]

Pour les angles orientés, la propriété devient une caractérisation du cercle passant par les points AMB.

Théorème — Si trois points A, M, B ne sont pas alignés et si est le cercle circonscrit à AMB alors pour tout point N distinct de A et B, on a .

On remarquera que l'égalité n'est vraie qu'à π près ce qui explique que les angles géométriques puissent être supplémentaires.

Angle de la corde et d'une tangente[modifier | modifier le code]

Angle corde tangente.svg

La propriété des angles inscrits se généralise aux angles que fait la corde qui sous-tend l'arc avec une tangente :

L'angle inscrit a même mesure que l'angle formé par la corde, qui joint les extrémités de l'arc, avec la partie de la tangente au cercle à l'une des extrémités de la corde, située à l'opposé de l'angle en question par rapport à la corde.

L'angle inscrit a même mesure que celle d'un des deux angles formés par la tangente (TT') au cercle en A avec la corde [AB] :

L'angle inscrit est de même mesure que l'angle de la corde [BA] avec la tangente [AT).

est la position limite de l'angle inscrit lorsque M "tend" vers A.

Angle corde tangente calcul.svg

Démonstration :

Si H est le milieu de [AB], les angles et ont leurs côtés deux à deux perpendiculaires, ils ont même mesure.

(OH) étant la bissectrice du triangle isocèle BOA, on a et est bien égal à la moitié de la mesure de l'angle au centre et donc à la mesure de l'angle d'après le théorème de l'angle au centre.

Cas particulier[modifier | modifier le code]

Le cas d'un angle inscrit dans un demi-cercle est le cas particulier pour lequel l'angle au centre est un angle plat, et donc l'angle inscrit est un angle droit.

Applications[modifier | modifier le code]

Ce théorème est à la base de la notion de cercle de focalisation, ou cercle de Rowland, en spectrométrie.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Un des arcs, complété par l'autre forme le cercle tout entier. Voir Complémentaire (théorie des ensembles).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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