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Terminale › Nombres complexes › Reconnaître une configuration avec $Z=\dfrac{c-a}{b-a}$

Reconnaître une configuration avec $Z=\dfrac{c-a}{b-a}$ : méthode (Maths expertes)

Méthode

Reconnaître une configuration avec $Z=\dfrac{c-a}{b-a}$

On suppose $A$, $B$, $C$ distincts et on calcule $Z=\dfrac{c-a}{b-a}$ sous forme algébrique ou exponentielle.

Condition sur $Z$ Conclusion
$Z$ réel $A$, $B$, $C$ alignés
$Z$ imaginaire pur $(AB)\perp(AC)$ : triangle rectangle en $A$
$\lvert Z\rvert=1$ $AB=AC$ : triangle isocèle en $A$
$Z=i$ ou $Z=-i$ triangle rectangle isocèle en $A$
$Z=e^{i\pi/3}$ ou $Z=e^{-i\pi/3}$ triangle équilatéral

Justification : $Z$ réel non nul signifie $\arg Z=0$ ou $\pi\;[2\pi]$, donc $\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{AC}$ colinéaires ; $Z$ imaginaire pur non nul signifie $\arg Z=\pm\dfrac{\pi}{2}\;[2\pi]$. Pour l'équilatéral : $AB=AC$ et l'angle en $A$ mesure $\dfrac{\pi}{3}$ en valeur absolue, ce qui caractérise un triangle équilatéral.

Pour deux droites $(AB)$ et $(CD)$ : elles sont parallèles si $\dfrac{d-c}{b-a}$ est réel, perpendiculaires s'il est imaginaire pur.

Exemple

Nature d'un triangle

Soient $A(1+i)$, $B(3+2i)$, $C(3i)$. On calcule $b-a=2+i$ et $c-a=-1+2i$, puis

$$Z=\frac{c-a}{b-a}=\frac{-1+2i}{2+i}=\frac{(-1+2i)(2-i)}{(2+i)(2-i)}=\frac{-2+i+4i-2i^2}{5}=\frac{5i}{5}=i.$$

$|Z|=1$ donne $AC=AB$ et $\arg Z=\dfrac{\pi}{2}\;[2\pi]$ donne $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})=\dfrac{\pi}{2}\;[2\pi]$. Le triangle $ABC$ est rectangle isocèle en $A$.

Contrôle : $AB=|2+i|=\sqrt5$ et $AC=|-1+2i|=\sqrt5$.

Exemple

Alignement

Soient $A(1)$, $B(2+i)$, $C(4+3i)$. Alors

$$\frac{c-a}{b-a}=\frac{3+3i}{1+i}=\frac{3(1+i)}{1+i}=3.$$

Ce quotient est réel, donc $A$, $B$, $C$ sont alignés. De plus $\overrightarrow{AC}=3\overrightarrow{AB}$.

S’entraîner

Dans le cours

Nombres complexes : Reconnaître une configuration avec $Z=\dfrac{c-a}{b-a}$