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20Partie 4 : Espace et géométrie plane★★ FréquentCycle 4 · BOEN 2020 · Thème D

Cercle et configurations remarquables

Vocabulaire du cercle · tangente · médiatrice et cercle · cercle inscrit et circonscrit · angle inscrit et angle au centre · longueur d'arc et aire de secteur.

Sur cette page

Comprendre

Le cercle apparaît toujours en configuration

Au CRPE, le cercle est rarement isolé : une tangente qui le frôle, un triangle inscrit, un angle au centre double de l'angle inscrit. Ce sont ces configurations, et la façon de les exploiter dans un raisonnement, qui font la différence. Le théorème de Pythagore (fiche N°21) est souvent mobilisé avec la tangente. Les calculs en repère (milieu, distance) relèvent de la fiche N°17, et la trigonométrie du triangle rectangle de la fiche N°23.

Vocabulaire du cercle

Un cercle de centre O et de rayon r est l'ensemble des points situés à distance r de O. Le disque est la surface délimitée par le cercle. Distinction essentielle : on calcule le périmètre du cercle (2πr) et l'aire du disque (πr²).

TermeDéfinitionÀ retenir
Rayon rdu centre à un point du cercletous les rayons sont égaux
Diamètrecorde passant par le centrelongueur 2r, le plus long segment
Cordesegment reliant deux points du cerclele diamètre en est une
Arcportion de cercle entre deux pointsarc mineur ou majeur
Secteurportion de disque entre deux rayonsune « part de pizza »
Périmètre du cercle = 2πr · aire du disque = πr²
Longueur d'un arc de n° : (n ÷ 360) × 2πr
Aire d'un secteur de n° : (n ÷ 360) × πr²

Quelle fraction de tour ? (n ÷ 360) du total.

Tangente et médiatrice d'une corde

La tangenteperpendiculaire au rayon

Une tangente touche le cercle en un seul point T (point de tangence). Propriété fondamentale : la tangente est perpendiculaire au rayon OT en T. Réciproque : une droite perpendiculaire au rayon en un point du cercle est tangente.

Conséquence : pour prouver qu'une droite est tangente, montrer qu'elle est perpendiculaire au rayon au point de contact. Exemple : OT = 5 (rayon), A sur la tangente avec AT = 12 ; le triangle OTA est rectangle en T, donc OA² = 25 + 144 = 169, OA = 13.

Médiatrice et cercle

Un point M est sur la médiatrice de [AB] si et seulement si MA = MB (équidistance). De plus, la médiatrice d'une corde passe par le centre du cercle. Application clé : pour trouver le centre d'un cercle passant par trois points A, B, C, on trace les médiatrices de [AB] et [BC] ; leur intersection est le centre.

Cercle inscrit et cercle circonscrit

CercleCentreRayonLien au triangle
Circonscritintersection des médiatricesdistance aux sommetspasse par les 3 sommets
Inscritintersection des bissectricesdistance aux côtéstangent aux 3 côtés

Mémo

circonscrIT → sommets (médiatrices) ; inscrIT → bIssectrIces → côtés. Les deux constructions sont détaillées dans la fiche N°18.
Triangle rectangle et cercle circonscrit

Si un triangle est rectangle, le centre de son cercle circonscrit est le milieu de l'hypoténuse, et le rayon vaut la moitié de l'hypoténuse. C'est directement relié à l'angle inscrit dans un demi-cercle (section ④).

Angle inscrit et angle au centre

Deux points A et B sont fixés sur un cercle de centre O. Pour un point M du cercle, l'angle inscrit est l'angle en M, l'angle au centre est l'angle en O ; les deux interceptent le même arc AB.

Le théorème de l'angle inscrit
Angle au centre = 2 × angle inscrit (même arc intercepté)
Corollaire : tous les angles inscrits interceptant le même arc sont égaux.
Corollaire clé : un angle inscrit dans un demi-cercle vaut 90°.

Si [AB] est un diamètre, tout point M du cercle (distinct de A, B) donne un angle AMB droit.

Vérifier la position de M

Le théorème s'applique quand M est sur l'arc majeur (le grand arc). Si M est sur l'arc mineur, l'angle inscrit et la moitié de l'angle au centre sont supplémentaires (somme 180°). Un schéma rapide évite l'erreur.
Le piège de la ficheTrès fréquent

Piège n°1 : confondre rayon et diamètre dans les formules

On croit : Diamètre 10 cm : périmètre = 2π × 10 = 20π.

En réalité : r = 10 ÷ 2 = 5. Périmètre = 2π × 5 = 10π ≈ 31,4 cm.

2πr et πr² utilisent toujours le rayon : si on donne le diamètre, diviser par 2.

Le piège de la ficheFréquent

Piège n°2 : appliquer l'angle inscrit sans vérifier l'arc

On croit : Angle au centre 80°, M sur l'arc mineur : angle inscrit = 80 ÷ 2 = 40°.

En réalité : Sur l'arc mineur, l'angle vaut 180° − 40° = 140°.

Repérer sur quel arc se trouve M avant d'appliquer le théorème (faire un schéma).

Le piège de la ficheClassique

Piège n°3 : confondre cercle inscrit et circonscrit

On croit : Tracer les médiatrices pour le centre du cercle inscrit.

En réalité : Inscrit → bissectrices (tangent aux côtés). Circonscrit → médiatrices (passe par les sommets).

Mémo : inscrIT → bIssectrIces ; cIrconscrIt → médIatrIces.

Le piège de la ficheSubtil

Piège n°4 : tangente perpendiculaire à une corde

On croit : « La tangente en T est perpendiculaire à la corde [TA]. »

En réalité : La tangente est perpendiculaire au rayon OT, pas à une corde quelconque passant par T.

Tangente ⊥ rayon, uniquement. Ne pas confondre rayon et corde.

Ce que ça donne à l'écolele regard du futur enseignant

Au cycle 2, les élèves tracent des cercles au compas et apprennent centre, rayon, diamètre ; ils comprennent que tous les rayons sont égaux, raison pour laquelle le compas trace un cercle.

Au cycle 3, ils calculent périmètre et aire du disque, construisent des cercles passant par des points donnés et découvrent la médiatrice. Les configurations (tangente, inscrit/circonscrit, angle inscrit) relèvent du cycle 4 : non attendues à l'école, mais le socle qu'il faut maîtriser pour enseigner avec recul.

Ce que le jury valorise : savoir pourquoi la construction au compas du cercle passant par trois points fonctionne (équidistance, donc médiatrices), pour enseigner avec profondeur et non par mimétisme.

Méthode

Reconnaître la configuration d'abord

Tangente ? Angle inscrit ? Cercle circonscrit ? La configuration dicte la propriété à utiliser. La reconnaître en quelques secondes fait gagner du temps. Chaque savoir-faire se termine par une vérification.
MéthodeUtiliser la tangente pour calculer une longueur
Question type : « Cercle de centre O, rayon 6 cm, tangent en T à une droite d. A sur d avec AT = 8 cm. Calculer OA. »
1
Identifier le triangle rectangle.
Tangente en T → OT ⊥ d → triangle OTA rectangle en T
2
Appliquer Pythagore (fiche N°21).
OA² = OT² + AT² = 36 + 64 = 100 → OA = 10 cm
3
Rédiger en citant la propriété.
« La tangente est ⊥ au rayon OT, donc OTA est rectangle en T… »
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Cercle de rayon 5, tangente en T, A sur la tangente avec AT = 12. Calculer OA.

MéthodeUtiliser l'angle inscrit
Question type : « [BC] est un diamètre, A un point du cercle distinct de B et C. Montrer que le triangle ABC est rectangle en A. »
1
Reconnaître le corollaire du demi-cercle.
[BC] diamètre → angle au centre BOC = 180°
2
Appliquer le théorème de l'angle inscrit.
Angle BAC = 180° ÷ 2 = 90° → rectangle en A
Vérifier que A est bien sur le cercle et distinct de B et C.
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Angle au centre AOB = 80°, M sur l'arc majeur. Que vaut l'angle inscrit AMB ?

MéthodeTrouver le centre d'un cercle par trois points
Question type : « A(0 ; 0), B(4 ; 0), C(0 ; 3). Centre et rayon du cercle passant par A, B, C ? »
1
Tester si le triangle est rectangle.
AB² = 16, AC² = 9, BC² = 25 ; 16 + 9 = 25 → rectangle en A
2
Rectangle → centre au milieu de l'hypoténuse.
Centre = milieu [BC] = (2 ; 1,5) ; rayon = BC ÷ 2 = 2,5
3
Vérifier.
OA² = 2² + 1,5² = 6,25 = 2,5² ✓
Si le triangle n'est pas rectangle, croiser les médiatrices de [AB] et [AC].
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Quel est le centre du cercle circonscrit à un triangle rectangle en A, d'hypoténuse [BC] ?

MéthodeCalculer une longueur d'arc ou une aire de secteur
Question type : « Cercle de rayon 4 m. Longueur de l'arc correspondant à un angle au centre de 100° ? »
1
Repérer la fraction de tour.
100° ÷ 360° = 5/18 du cercle
2
Multiplier par le périmètre total.
Longueur = (100 ÷ 360) × 2π × 4 ≈ 6,98 m
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Aire du secteur de 90° dans un disque de rayon 6 cm ?

Méthode bien en tête ? Entraînez-vous.