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Concept
Formule de Bretschneider
Résumé
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En géométrie, la formule de Bretschneider permet de calculer l'aire d'un quadrilatère non croisé :
où, , sont les longueurs des côtés du quadrilatère, le demi-périmètre, et et deux angles opposés quelconques .
Remarquons que puisque .
Cette formule fonctionne pour un quadrilatère convexe ou concave (mais non croisé), non forcément inscriptible.
Elle contient la formule de Brahmagupta de l'aire d'un quadrilatère inscriptible (cas ), ainsi que la formule de Héron de l'aire d'un triangle (cas ).
Elle montre qu'un quadrilatère articulé possède une aire maximale lorsqu'on inscrit ses sommets dans un cercle.
Elle a été découverte en 1842 par le mathématicien allemand Carl Anton Bretschneider .
En la séparant par l'une des diagonales intérieures (disons [BD]), la surface du quadrilatère est réunion de deux surfaces triangulaires. Son aire est alors donnée par
D'où
Or la formule d'Al-Kashi donne
Cela peut être réécrit en
En ajoutant ceci à la formule ci-dessus donnant , on obtient
Après factorisation de , on obtient :
qui s'écrit aussi
d'où la formule de Bretschneider.
Voir une autre démonstration dans .
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En ajoutant les aires des quatre triangles découpés par les diagonales, on obtient :
où e et f sont les longueurs des diagonales et une mesure de leur angle.
En utilisant la formule d'Al-Kashi dans les quatre triangles découpés par les diagonales, on obtient :
D'où, d'une part :
d'autre part :
Cette formule peut être modifiée en
forme due à Coolidge , montrant le lien avec la formule de Bretschneider.
Cette forme permet aussi de retrouver la formule de Brahmagupta pour le cas inscriptible, car dans ce cas, d'après le théorème de Ptolémée, .
Source officielle
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