Géométrie axiomatique et distance

Bonjour,
je suis en train de préparer un cours sur la géométrie du plan euclidien, en me basant sur les axiomes de Hilbert. Si j'ai bien compris, une fois qu'on a introduit toute la batterie d'axiomes : incidence, ordre, congruence des longueurs et des angles. On est en mesure de comparer des longueurs et des angles.
Par contre, si on veut calculer des rapports de longueurs, j'ai l'impression que ça coince un peu et que ce type de calcul nécessite de définir une distance sur le plan euclidien.
J'ai commencé à étudier sur le sujet le livre de Hartshorne et il me semble que dans le paragraphe sur les produits de longueurs, il prend pour axiome le fait que deux triangles rectangles semblables ont des côtés de mesures proportionnelles.
Du coup, par rapport au théorème de Thalès, je me dis que :
- soit on considère que c'est une conséquence des axiomes définissant le produit de deux segments, qui permet de définir la notion de rapports égaux ;
- soit on dispose d'une distance sur le plan euclidien, qui permet de définir entre autre les homothéties, le théorème de Thalès découlant alors des propriétés de ces homothéties.
D'avance merci.
F.

Réponses

  • Avec Google et les mots-clé géométrie, axiomatique, distance
    on tombe sur

    Géométrie plane: Une axiomatique centrée sur la distance

    qu'on peut lire.
  • Bonjour Chaurien,
    effectivement il s'agit bien de cet ouvrage. Je faisais référence à la définition de la multiplication de segments. Étant [donnés] deux segments de longeurs $a$ et $b$, on définit le segment de longueur $ab$ de la façon suivante :
    - on part d'un triangle rectangle en $B$, $ABC$ tel que $AB=1$ et $BC=a$
    - on construit $PQR$ semblable à $ABC$, rectangle en $Q$ tel que $PQ=b$ (et $\widehat{A}=\widehat{P}$)
    la longueur $ab$ est alors, par définition, la longueur $QR$.

    Partant de cette définition, on peut définir de façon analogue le rapport de deux longueurs :
    - on part d'un triangle rectangle en $B$, $ABC$ tel que $AB=a$ et $BC=b$
    - on construit $PQR$ semblable à $ABC$, rectangle en $Q$ tel que $PQ=1$ (et $\widehat{A}=\widehat{P}$)
    Le rapport $\frac{b}{a}$ serait alors $QR$.

    Concrètement, cela revient à peu de choses près, à considérer le théorème de Thalès comme un axiome...

    L'autre façon de procéder serait de disposer d'une application "longueur" qui a tout couple de points $AB$, associe la longueur $AB$... à partir de ça, on peut définir les homothéties ... et démontrer le théorème de Thalès à partir des homothéties. Dans ce cas, c'est une conséquence triviale du fait que l'image d'une droite par une homothétie est une droite parallèle...

    Bref, j'ai l'impression d'une petite embrouille autour de ce brave Thalès ...
    Merci et bonne journée.
    F.
  • Je répète ce que j'ai écrit dans mon précédent message (qui a été effacé) : Malavita évoque l'ouvrage : Robin Hartshorne, Geometry : Euclid and Beyond, Springer, 2000. Je voudrais savoir à quel passage il fait référence.
    J'aimerais savoir aussi à quel niveau se place le cours que prépare Malavita.
    Il me revient en mémoire un article du bulletin de l'APMEP il y a 40 ans : https://www.apmep.fr/IMG/pdf/AAA71039.pdf.
    Bonne après-midi.
    Fr. Ch.
  • Bonsoir Chaurien,

    j'essaye de préparer un cours destiné à des étudiants de L3, enseignement, dont l'objectif est de fournir une présentation axiomatique de la géométrie du plan euclidien.
    Comme tu l'as deviné, je me base sur l'ouvrage "Geometry: Euclid and Beyond" et essaye donc de comprendre comment s'agencent les théorèmes standards de cette géométrie, dont le fameux théorème de Thalès.

    Si j'ai bien compris, l'axiome de congruence des angles (SAS dans la référénce), qui permet de définir les triangles "isométriques" permet entre autre de montrer les deux autres cas d'isométrie.

    Il en découle qu'un triangle rectangle est parfaitement déterminé par la donné d'un côté et des angles adjacents à ce côté et justifie le fait que le "poduit de deux segments" est défini à isométrie près.

    Cette définition étant posé, on peut définir donner un sens à l'égalité $frac{AM}{AB}=frac{AN}{AC}$ (ce qui n'a rien d'évident si l'on ne sait pas "mesurer" les segments mais uniquement les comparer).

    Enfin, on peut maintenant montrer que deux triangles ayant des angles deux à deux égaux ont des côtés deux à deux proportionnels et finalement démontrer le théorème de Thalès.

    Ce dernier théorème étant dans la musette, on est en mesure de définir, étant donné trois points $O,A,B$ l'homothétie de centre O, qui transforme $A$ en $B$ sans recours à l'aspect vectoriel.

    Cela semble-t-il correct ?

    Merci et bonne soirée

    F.

    PS: Sur ce je vais aller jeter un oeil sur ce papier de l'apmep ;-)
  • En parallèle du Hartshorne (très bien au demeurant), consulte le Howe et Barker https://bookstore.ams.org/mbk-47/ qui utilise une axiomatique "simplifiée", où l'existence de la longueur d'un segment est un axiome (si tu regardes ce bouquin, télécharge les corrections, disponibles sur le lien précédent).
    Pour les cas d'égalité, il n'y en a pas trois, mais plutôt 4, 5 (voir encore Howe et Barker).

    Jette aussi un œil à Elementary Geometry de John Roe (accessible en partie sur Google Books). Il prend Thalès comme axiome.

    Tu peux aussi regarder le poly de Gilbert Arsac (L’axiomatique de Hilbert et l’enseignement de la géométrie au Collège et au Lycée) https://publimath.univ-irem.fr/numerisation/LY/ILY98002/ILY98002.pdf

    [Activation du lien. AD]
  • Moi j'aime bien Algèbre géométrique, d'Emil Artin.
  • Bonsoir,
    merci Eric pour ces références.

    @chaurien : j'ai jeté un œil sur l'article de l'apmep que tu m'as envoyé, si j'ai bien compris ce dont il retourne l'ensemble des classes de congruences de segment est muni d'une structure de corps, entre autres totalement ordonné.

    De plus pour que les propriétés d'incidence droites cercles soient sympathiques, celui-ci doit également permettre de résoudre des équations du second degré.

    On peut donc traduire certaines propriétés géométriques en propriétés algébriques.
    Le candidat idéal, mais non unique, étant bien évidemment $\mathbb{R}$.

    Bonne soirée
    F.
    PS: "cette démonstration du théorème de Schur est accessible à un bon élève de troisième" X:-(
  • Bonjour.

    Hilbert se proposait d'étudier l'indépendance des axiomes de la géométrie. Et donc se posait la question de trouver quel est le bon choix pour ces axiomes. Quelques siècles plus tard, il est stérile de faire semblant de se poser la question. On sait que "tout ça tout ça" aboutit à montrer l'existence d'un corps de nombres agissant sur un ensemble de points. On sait aussi que le bon contexte pour faire de la géométrie est la géométrie projective.

    La propriété de Thalès revient à dire que les droites sont les courbes qui "vont en ligne droite", c'est à dire à pente constante. Et donc calculer la droite passant par deux points se fait à coup de produits en croix, de même l'intersection de deux droites. S'il reste des heures à tuer après avoir ré-enseigné les proportions (dont la compréhension manque cruellement aux étudiants, qui leur aurait appris ?) ce ne sont pas les choses utiles qui manquent. Crémona-Deserti, par exemple.

    Cordialement, Pierre.
  • Malavita, je n'ai pas compris la référence au « théorème de Schur ».
  • Bonjour à tous

    @pierre : ce n'est pas moi qui décide du programme ;-)

    @chaurien : c'était juste l'allusion au bon élève de troisième de 1971, sensé pouvoir comprendre la démonstration de ce fameux théorème, qui m'a amusée...;-)

    Bonne journée.
    F.
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