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Sciences · Mathématiques

L’homothétie

Une homothétie de centre O et de rapport k transforme tout point M en M′ tel que OM′→ = k × OM→. Elle agrandit (|k| > 1) ou réduit (|k| < 1) une figure sans la déformer.

Mis à jour le 4 min de lecture

L’homothétie est la transformation de l’agrandissement et de la réduction. C’est ce que fait un projecteur de diapositives, une photocopieuse qui zoome, ou l’ombre d’un objet éclairé par une lampe ponctuelle. Contrairement aux symétries, translations et rotations, elle ne conserve pas les longueurs : elle les multiplie toutes par le même nombre. Elle conserve en revanche les formes et les angles.

Le rôle du rapport k

Valeur de kEffetPosition de M′
k > 1AgrandissementSur [OM), au-delà de M
0 < k < 1RéductionSur [OM], entre O et M
k = 1Identité (rien ne bouge)M′ = M
−1 < k < 0Réduction et retournementDu côté opposé à M par rapport à O
k < −1Agrandissement et retournementDu côté opposé à M par rapport à O
k = −1Symétrie centrale de centre OSymétrique de M

Quand k est négatif, la figure est à la fois agrandie (ou réduite) et tournée d’un demi-tour autour de O.

Construire l’image d’un point

  1. Tracer la droite (OM).
  2. Mesurer OM et calculer |k| × OM.
  3. Placer M′ sur cette droite à cette distance de O : du même côté que M si k > 0, de l’autre côté si k < 0.

En coordonnées

Si le centre est O(0 ; 0), l’image de M(x ; y) est M′(kx ; ky). Avec un centre Ω(a ; b) : M′(a + k(x − a) ; b + k(y − b)).

Les propriétés

GrandeurEffet de l’homothétie de rapport k
LongueursMultipliées par la valeur absolue de k
AiresMultipliées par k²
Volumes (dans l’espace)Multipliés par k³ en valeur absolue
AnglesConservés
Alignement, milieuxConservés
Image d’une droiteUne droite parallèle
Point fixeLe centre O (si k ≠ 1)

C’est pourquoi doubler toutes les dimensions d’une boîte multiplie sa contenance par 8 (2³). Voir les formules d’aires et de volumes.

Homothétie et théorème de Thalès

Si M′ et N′ sont les images de M et N par une homothétie de centre O, alors (MN) et (M′N′) sont parallèles et M′N′ = |k| × MN. On reconnaît la configuration du théorème de Thalès : triangles emboîtés si k > 0, configuration papillon si k < 0. Le rapport de Thalès est la valeur absolue du rapport d’homothétie.

Homothétie et proportionnalité

Toutes les longueurs d’une figure et de son image sont proportionnelles, de coefficient |k|. L'échelle d’un plan ou d’une carte est un rapport d’homothétie : à l’échelle 1/25 000, 1 cm sur la carte représente 25 000 cm, soit 250 m.

Figures semblables

Deux figures sont semblables si l’une est l’image de l’autre par la composée d’une homothétie et d’une isométrie (symétrie, rotation, translation). Elles ont la même forme et des angles égaux, mais pas forcément la même taille ni la même position. Tous les cercles sont semblables, tous les carrés aussi, tous les triangles équilatéraux. Voir aussi translation et rotation.

Applications

  • Optique : une lentille ou un sténopé forme une image renversée, obtenue par une homothétie de rapport négatif (voir les lentilles optiques).
  • Photographie et impression : zoom, agrandissement de photos, mise à l’échelle d’images vectorielles.
  • Dessin technique et cartographie : plans et maquettes à l’échelle.
  • Fractales : certaines figures sont composées de copies réduites d’elles-mêmes par homothétie (voir les fractales).

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre homothétie et agrandissement ?

L’agrandissement est l’effet ; l’homothétie est la transformation précise, avec un centre fixé. Une homothétie de rapport compris entre −1 et 1 (hors 0) est une réduction.

Que se passe-t-il si le rapport est négatif ?

L’image est de l’autre côté du centre : la figure est agrandie ou réduite de |k| et retournée d’un demi-tour.

Pourquoi l’aire est-elle multipliée par k² ?

Parce qu’une aire est le produit de deux longueurs, chacune multipliée par k. Un carré de côté a devient un carré de côté ka, d’aire k²a².

Une homothétie conserve-t-elle les angles ?

Oui : l’image d’un triangle est un triangle de mêmes angles, de côtés proportionnels.

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