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Leçon 5

Équation d'un cercle donné par son centre et son rayon

Vidéo 5 : Équation d'un cercle donné par son centre et son rayon · 4 min 34 s · sous-titres en français

Le cours écrit

5.1 Le théorème

Théorème. Le cercle de centre C(a ;b)C(a\,;b) et de rayon RR a pour équation (x−a)2+(y−b)2=R2.(x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2.

Démonstration. Un point M(x ;y)M(x\,;y) est sur le cercle si et seulement si CM=RCM = R. Comme CMCM et RR sont positifs, cela équivaut à CM2=R2CM^2 = R^2. Or, CM2=(x−a)2+(y−b)2CM^2 = (x - a)^2 + (y - b)^2.

Le cercle de centre OO et de rayon RR a pour équation x2+y2=R2x^2 + y^2 = R^2.

Exemple 19. Le cercle de centre C(2 ;−1)C(2\,;-1) et de rayon 33 a pour équation (x−2)2+(y+1)2=9(x - 2)^2 + (y + 1)^2 = 9. En développant, on obtient x2+y2−4x+2y−4=0x^2 + y^2 - 4x + 2y - 4 = 0. C'est le même cercle, mais on n'y lit plus ni le centre ni le rayon.

Attention.

  • y−(−1)=y+1y - (-1) = y + 1 : on lit le centre en changeant les signes.
  • À droite de l'égalité figure R2R^2, pas RR. Pour x2+y2=9x^2 + y^2 = 9, le rayon vaut 33.

5.2 Tester un point

On remplace xx et yy dans le membre de gauche, qui est le carré de la distance au centre, puis on compare à R2R^2.

Exemple 20. Avec (x−2)2+(y+1)2=9(x - 2)^2 + (y + 1)^2 = 9.

  • Pour A(2 ;2)A(2\,;2) : 0+9=90 + 9 = 9, donc AA est sur le cercle.
  • Pour O(0 ;0)O(0\,;0) : 4+1=5<94 + 1 = 5 < 9, donc OO est à l'intérieur.
  • Pour D(5 ;2)D(5\,;2) : 9+9=18>99 + 9 = 18 > 9, donc DD est à l'extérieur.

Exemple 21 (une antenne). Une antenne de radio locale émet dans un rayon de 55 kilomètres. L'unité vaut un kilomètre et l'antenne est au point (1 ;2)(1\,;2). Le bord de la zone couverte a pour équation (x−1)2+(y−2)2=25(x - 1)^2 + (y - 2)^2 = 25.

  • Maison en (4 ;6)(4\,;6) : 9+16=259 + 16 = 25, elle est exactement à la limite.
  • Refuge en (−2 ;−1)(-2\,;-1) : 9+9=18<259 + 9 = 18 < 25, il est couvert.
  • Ferme en (6 ;3)(6\,;3) : 25+1=26>2525 + 1 = 26 > 25, elle n'est pas couverte.

5.3 Des points du cercle sur un axe

On remplace la coordonnée connue, puis on résout une équation du second degré.

Exemple 22. Le cercle (x−3)2+(y−4)2=25(x - 3)^2 + (y - 4)^2 = 25 coupe l'axe des abscisses là où y=0y = 0. On obtient (x−3)2+16=25(x - 3)^2 + 16 = 25, soit (x−3)2=9(x - 3)^2 = 9. Donc x−3=3x - 3 = 3 ou x−3=−3x - 3 = -3, c'est-à-dire x=6x = 6 ou x=0x = 0. Les points sont (6 ;0)(6\,;0) et OO.

5.4 Cercle défini par un diamètre

Si [AB][AB] est un diamètre, le centre est le milieu de [AB][AB] et le rayon vaut AB2\dfrac{AB}{2}.

Exemple 23. Soit A(−1 ;1)A(-1\,;1) et B(3 ;3)B(3\,;3). Le centre est C(1 ;2)C(1\,;2). On a AB2=16+4=20AB^2 = 16 + 4 = 20, donc R2=204=5R^2 = \dfrac{20}{4} = 5. Le cercle a pour équation (x−1)2+(y−2)2=5(x - 1)^2 + (y - 2)^2 = 5.

Le chapitre 9 donne un autre chemin : MM est sur ce cercle si et seulement si MA→⋅MB→=0\overrightarrow{MA} \cdot \overrightarrow{MB} = 0, soit (x+1)(x−3)+(y−1)(y−3)=0(x + 1)(x - 3) + (y - 1)(y - 3) = 0. En développant, on obtient x2+y2−2x−4y=0x^2 + y^2 - 2x - 4y = 0, comme avec la première équation.

5.5 Un peu d'histoire

Les cercles font partie des plus vieux objets mathématiques. La caractérisation du cercle de diamètre [AB][AB] comme ensemble des points MM tels que le triangle AMBAMB soit rectangle en MM semble remonter à Thalès. Mais c'est seulement au dix-septième siècle que Descartes élabore la méthode des coordonnées et écrit l'équation d'un cercle en repère orthonormé.

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Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : écrire et lire
  • Exercice 10 : autour d'un monument

Exercices du chapitre (PDF, 153 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 161 Ko)

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