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Configurations du plan et de l'espace

Objectif Général 4 — Angles inscrits, quadrilatères inscriptibles, polygones réguliers, solides de l'espace, positions relatives de droites et plans.

1. Configurations du plan — Angles et cercles

Angles inscrits et angles au centre

Soit un cercle de centre O. Un angle inscrit est un angle dont le sommet est sur le cercle et dont les côtés coupent le cercle. Un angle au centre a son sommet en O.

Théorème fondamental

Un angle inscrit et un angle au centre interceptant le même arc ont la relation :

angle inscrit = angle au centre / 2

Conséquences :

• Tous les angles inscrits interceptant le même arc sont égaux

• Un angle inscrit dans un demi-cercle (arc de 180°) est un angle droit (= 90°)

Quadrilatères inscriptibles

Un quadrilatère est inscriptible dans un cercle si et seulement si la somme des angles opposés est égale à 180° :

 + Ĉ = 180° et B̂ + D̂ = 180°

Polygones réguliers

Un polygone régulier à n côtés est à la fois équilatéral et équiangle. La mesure d'un angle intérieur est :

angle intérieur = (n−2) × 180° / n

• Triangle équilatéral (n=3) : 60°  •  Carré (n=4) : 90°  •  Hexagone (n=6) : 120°

2. Configurations de l'espace

Solides de l'espace

Polyèdres : solides délimités par des faces planes (polygones).

Cube : 6 faces carrées, 8 sommets, 12 arêtes. V = a³, A = 6a²

Parallélépipède rectangle : 6 faces rectangulaires. V = l·L·h

Pyramide : une base polygonale, des faces triangulaires. V = (1/3)·Abase·h

Tétraèdre : 4 faces triangulaires, 4 sommets, 6 arêtes

Solides ronds :

Cylindre : V = πr²h, Alat = 2πrh

Cône : V = (1/3)πr²h, Alat = πrl (l = génératrice)

Sphère : V = (4/3)πr³, A = 4πr²

SolideVolumeAire totale
Cube (arête a)6a²
Cylindre (r, h)πr²h2πr(r+h)
Cône (r, h, l)πr²h/3πr(r+l)
Sphère (r)4πr³/34πr²
Pyramide (B, h)Bh/3B + Σfaces lat.

3. Positions relatives de droites et plans dans l'espace

Droites dans l'espace

Deux droites de l'espace peuvent être :

Sécantes : elles se coupent en un point (coplanaires)

Parallèles : même direction, pas d'intersection (coplanaires)

Gauches (non coplanaires) : ni parallèles ni sécantes

Droites et plans

• Droite incluse dans le plan

• Droite parallèle au plan (aucun point commun)

• Droite sécante au plan (un seul point commun)

• Droite perpendiculaire au plan (cas particulier de sécante)

Propriétés de parallélisme

• Si deux droites sont parallèles à une même droite, elles sont parallèles entre elles.

• Si une droite est parallèle à un plan, elle est parallèle à toute droite du plan ayant même direction.

• Deux plans parallèles sont coupés par un plan selon deux droites parallèles.

🧠 À retenir absolument

  • Angle inscrit = angle au centre / 2 (même arc intercepté)
  • Angle inscrit dans un demi-cercle = 90°
  • Quadrilatère inscriptible ⟺ angles opposés supplémentaires (somme = 180°)
  • Angle intérieur d'un polygone régulier à n côtés = (n−2)×180°/n
  • V(cône) = πr²h/3 ; V(sphère) = 4πr³/3 ; A(sphère) = 4πr²
  • Droites gauches : ni parallèles, ni sécantes, non coplanaires
1

Angles inscrits et au centre

● Facile

Dans un cercle de centre O, l'angle au centre AOB mesure 80°.

  1. Quelle est la mesure de l'angle inscrit ACB interceptant le même arc AB (C sur le cercle) ?
  2. D est un autre point du cercle (du même côté que C). Quelle est la mesure de l'angle ADB ?
  3. E est un point du cercle de l'autre côté (arc majeur). Quelle est la mesure de l'angle AEB ?
✅ Correction
  1. Angle inscrit = angle au centre / 2 = 80°/2 = 40°.
  2. Tous les angles inscrits interceptant le même arc sont égaux. ADB = 40°.
  3. E est sur l'arc complémentaire. L'arc AEB mesure 360°−80°=280°. L'angle inscrit depuis l'autre côté = 280°/2 = 140°. (Angle supplémentaire : 40°+140°=180° ✅)
2

Angles des polygones réguliers

● Facile

Calculer la mesure d'un angle intérieur de chaque polygone régulier :

  1. Triangle équilatéral (n=3)
  2. Carré (n=4)
  3. Pentagone régulier (n=5)
  4. Hexagone régulier (n=6)
  5. Octogone régulier (n=8)
✅ Correction

Formule : angle = (n−2)×180°/n

  1. (3−2)×180°/3 = 60°
  2. (4−2)×180°/4 = 360°/4 = 90°
  3. (5−2)×180°/5 = 540°/5 = 108°
  4. (6−2)×180°/6 = 720°/6 = 120°
  5. (8−2)×180°/8 = 1080°/8 = 135°
3

Volumes et aires de solides

● Moyen

Calculer le volume et l'aire totale de chaque solide :

  1. Cube d'arête 5 cm
  2. Cylindre de rayon 3 cm et hauteur 8 cm
  3. Sphère de rayon 6 cm
  4. Cône de rayon 4 cm et hauteur 3 cm (génératrice l = 5 cm)
✅ Correction
  1. V = 5³ = 125 cm³. A = 6×5² = 150 cm².
  2. V = π×9×8 = 72π ≈ 226 cm³. Atotale = 2π×3×(3+8) = 2π×33 = 66π ≈ 207 cm².
  3. V = (4/3)π×216 = 288π ≈ 905 cm³. A = 4π×36 = 144π ≈ 452 cm².
  4. V = (1/3)π×16×3 = 16π ≈ 50,3 cm³. Atotale = π×4×(4+5) = 36π ≈ 113 cm².
4

Quadrilatères inscriptibles

● Moyen
  1. Un quadrilatère ABCD a les angles Â=70°, B̂=110°, Ĉ=110°. Trouver D̂ et vérifier s'il est inscriptible.
  2. Un rectangle est-il toujours inscriptible ? Justifier.
  3. Un losange non-carré est-il inscriptible ? Justifier.
✅ Correction
  1. Somme des angles = 360°. D̂ = 360°−70°−110°−110° = 70°. Vérification : Â+Ĉ = 70°+110° = 180° ✅ et B̂+D̂ = 110°+70° = 180° ✅. ABCD est inscriptible.
  2. Un rectangle a ses quatre angles égaux à 90°. 90°+90° = 180°. Tout rectangle est inscriptible (son cercle circonscrit a pour diamètre la diagonale).
  3. Un losange a des angles opposés égaux, mais si l'angle aigu est α, les angles sont α, 180°−α, α, 180°−α. Â+Ĉ = 2α ≠ 180° (sauf si α=90°, carré). Un losange non-carré n'est pas inscriptible.
5

Problème — Solide composé

● Difficile

Un monument est formé d'un cylindre de rayon 4 m et hauteur 10 m surmonté d'un cône de même rayon et de hauteur 3 m.

  1. Calculer le volume total du monument.
  2. Calculer la hauteur totale du monument.
  3. La surface latérale du cône (la génératrice l = √(r²+h²)). Calculer l et l'aire latérale du cône.
  4. Calculer la surface extérieure totale (face inférieure du cylindre + surface latérale du cylindre + surface latérale du cône).
✅ Correction
  1. V_cyl = π×16×10 = 160π m³. V_cône = (1/3)×π×16×3 = 16π m³. V_total = 176π ≈ 553 m³.
  2. H_total = 10 + 3 = 13 m.
  3. l = √(4²+3²) = √(16+9) = √25 = 5 m. A_lat_cône = π×4×5 = 20π m².
  4. A_base = π×4² = 16π. A_lat_cyl = 2π×4×10 = 80π. A_lat_cône = 20π. A_totale = 16π + 80π + 20π = 116π ≈ 364 m².

QCM — Auto-évaluation

10 questions · Une seule bonne réponse · Correction immédiate

0Score
0/10Répondues
Question 1 / 10

L'angle au centre mesure 100°. L'angle inscrit interceptant le même arc mesure :

Question 2 / 10

Un angle inscrit dans un demi-cercle mesure toujours :

Question 3 / 10

Un quadrilatère est inscriptible dans un cercle si :

Question 4 / 10

L'angle intérieur d'un hexagone régulier (n=6) est :

Question 5 / 10

Le volume d'une sphère de rayon 3 est :

Question 6 / 10

Deux droites gauches de l'espace sont :

Question 7 / 10

Le volume d'un cône de rayon 3 et hauteur 4 est :

Question 8 / 10

Dans un cube d'arête a, le nombre de faces est :

Question 9 / 10

L'aire totale d'un cylindre de rayon r et hauteur h est :

Question 10 / 10

Un angle inscrit de 60° correspond à un angle au centre de :