Bonjour,
Ce message est essentiellement destiné à Andretou, et poursuit la discussion sur une définition de droite et où il me demandait comment j'introduirais les choses.
Voila une manière rapide et simple de faire (j'illustre la non vacuité de cette façon de faire en démontrant un des resultats fondamentaux de la géométrie euclidienne plane, le theoreme de Pythagore comme objectifs, en partant du "début". Par contre j'omet la preuve d'un theoreme, pas difficile, mais un peu pénible à ecrire sur le forum et sans utiliser brutalement les outils d'algèbre linéaire, que je ne développe pas ici. On peut bien sur en donner une démonstration "à la main".)
Bref, rien de nouveau, ou de profond ici. Juste une géodésique entre la theorie des ensembles et le theoreme de pythagore, en passant par l'introduction rigoureuse du vocabulaire de base.
Je suppose connue le langage et les résultats de la théorie des ensembles, y compris les propriétés usuelles des entiers et des réels (essentiellement le fait que N est un ensemble totalement ordonnée dans lequel tout partie non vide admet un plus petit élément, et le fait que R est archimédien et vérifie la propriété de la borne supérieure et qu'il est muni d'un loi d'addition et multiplication aux propriétés usuelles).
On muni l'ensemble R^2={(a,b), a et b dans R} de l'addition composante par composante (i.e (a,b)+(c,d)=(a+c,b+d)). On vérifie aisément que cette opération en fait un groupe i.e
G1) L'operation + sur R^2 est associative.
G2) (a,b)+(0,0)=(0,0)+(a,b)=(a,b)
G3) pour tout (a,b) de R^2 il existe un unique (c,d) (qui en l'occurence vaut (-a,-b)) tel que (a,b)+(c,d)=(c,d)+(a,b)=(0,0)
On notera indiferement 0 ou (0,0), et l'element (c,d) de la propriété G3 sera noté -(a,b) (on a donc -(a,b)=(-a,-b)). On peut etendre ceci en une multiplication "externe" de R donnée par x.(a,b)=(x.a, x.b) dont la liste des propriétés sont laissées à la sagacité du lecteur.
On remarque en autre qu'on a
G4) l'addition sur R^2 est commutative
Un plan affine est un ensemble A équippé d'une application g:R^2xA->A, qui verifie les propriétés suivantes
A1)g(0,a)=a
A2)g(u+v,a)=g(u,g(a,v))
A3) pour tout a et b dans A, il existe un unique u dans R^2 tel que b=g(u,a).
Si on note g(u,a) par a+u, ces propriétés s'ecrivent de mannière plus suggestive
A1)a+0=a
A2)(a+v)+u=a+(v+u) (ces deux expression seront donc notées a+v+u qui est aussi égal à a+u+v par G4), il n'en resulte aucune ambiguité)
A3) pour tout a et b dans A, il existe un unique u dans R^2 b=a+u
Désormais on notera + sans autre précision l'application g
Exemple, on prend A=R^2 lui meme et g: R^2xR^2->R^2 l'addition de R^2 alors on verifie facilement A1, A2, et A3.
Les elements de A s'appellent les points de A.
Une droite (affine) de A est un sous ensemble D de A, non vide, qui verifie la condition suivante
Il existe u dans R^2 non nul, tel que
D1) pour tout a et b dans D il existe t dans R tel que a=b+t.u.
D2) Si a est dans D alors pour tout t dans R, a+t.u est dans D.
On dit que u est un vecteur directeur de D.
Exercice: Un tel u n'est pas unique, mais si u et v sont deux vecteurs directeurs d'une meme droite, il existe un réel k, non nul, tel que u=kv, la reciproque n'tétant pas vraie.
Deux droites sont dites parallèles si elles admettent un meme vecteur directeur.
Theoreme: Si deux droites sont parallèles et si une troisieme est parallèle à l'une des deux alors elle l'est aussi à l'autre.
Une droite est parallèle à elle meme.
Propriété: Si deux droites parallèles ont un point commun, elles sont la meme droite.
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Propriété: Si D est une droite et si a n'est pas sur D, alors il existe un unique D' parallèle à D et telle que a soit un point de D' (qui a dit qu'on pouvait pas démontrer ce theorème!*)
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Theoreme: Deux droites d'un plan affine A, sont parallèles si et seulement si elles sont confondues ou n'ont aucun point commun.
Ca je le prouve pas, c'est pas dur, mais ce serait un peu long, mais bon, je peux ecrire une démonstration si ca vous interesse.
Propriété: Deux droites ayant deux points communs sont confondus.
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Soit a et b deux point d'un plan affine A, il existe un unique u=(x,y) dans R^2 tel que a=b+u. On appelle segment délimité par a et b, et on note [a,b] l'ensemble des point de A e la forme b+s.u, avec s compris entre 0 et 1. On appelle longueur de [a,b], et on note long([a,b]) le réel positif .
On dit que deux droites D et D' sont perpendiculaires, si il existe deux vecteurs directeurs u=(x,y) et u'=(x',y') de D et D' respectivement tels que xx'+yy'=0.
Theoreme: Deux droites parallèles ne sont jamais perpendiculaires.
Deux droites non parallèles ont un unique point commun.
Deux droites perpendiculaires ont un unique point commun.
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Soit D et D' deux droites perpendiculaires, et soit a leur unique point d'intersection, soit b un point de D different de a et c un point de D' different de a.
Alors long([a,b])^2+long([a,c])^2=long((b,c))^2.
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Remarque, la récirproque est tout aussi vrai, si on prend deux droites non parallèles D et D' et a leur unique point d'intersection, avec b un point de D different de a et c un point de D' different de a, si long([a,b])^2+long([a,c])^2=long((b,c))^2 alors D et D' sont perpendiculaires.
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Bien sur a partir de là on peut démontrer tout un tas d'autre chose. En fait tous les resultats... je vous laisse cela à titre d'execrice si cela vous interesse.
Je n'ai pas parlé de la notion, plus délicate, d'angle.
*Ceci est bien sur une blague, hein.
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