Le périmètre et l'aire des quadrilatères

Fiche | Mathématiques

Les quadrilatères

Peu importe le quadrilatère, on peut toujours déterminer son périmètre en additionnant la mesure de chacun de ses côtés. Ainsi, on obtient une longueur.

Exemple

Pour déterminer l’aire d’un quadrilatère, il est possible d’utiliser une feuille quadrillée dont chacun des carrés a une aire précise. En modifiant un peu la figure initiale, on peut arriver à déterminer l'aire du quadrilatère.

Exemple

En déplaçant certaines parties du quadrilatère original, on peut déduire que ce polygone a une aire de |5\ \text{unités}^2.|

Il est possible de dégager des formules de périmètre et d'aire qui sont spécifiques à chaque quadrilatère en fonction de leurs propriétés. Par ailleurs, ces formules sont très utiles pour trouver des mesures manquantes.

Le carré

Comme le carré est composé de 4 côtés isométriques et de 4 angles droits, on peut déduire les formules de périmètre et d'aire qui lui sont associées.

Le périmètre du carré

Formule

||\begin{align}P_\text{carré}&=\color{#3b87cd}a+\color{#ec0000}b+\color{#3a9a38}c+\color{#fa7921}d\\
&=\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c\\
&=4\color{#3a9a38}c​\end{align}||

Comme on peut le voir, la mesure du côté du carré est la seule information nécessaire pour calculer son périmètre.

Exemple

Pour marquer un point au baseball, le joueur au bâton doit se rendre à chaque but avant de finalement retourner au marbre. S'il frappe un coup de circuit, le joueur peut parcourir cette distance en toute sécurité.

On cherche la distance qu’un joueur de baseball doit parcourir.

Quelle distance doit parcourir un frappeur qui fait un coup de circuit avant d'atteindre le marbre?

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L'aire​ du carré

Tout comme pour le calcul du périmètre, la seule information nécessaire pour calculer l'aire d'un carré est la mesure d'un de ses côtés.

Formule

​​||\begin{align}A_\text{carré}&=\color{#3a9a38}c\times \color{#3a9a38}c\\
&=\color{#3a9a38}c^2\end{align}||


|\color{#3a9a38}c :| côté

Illustration de la formule d'aire d'un carré

Exemple

Le propriétaire d'une maison veut connaitre la superficie de son plancher, car il veut y installer du bois franc.

On cherche l’aire d’un plancher de forme carrée.

Est-ce qu'il a assez d'un budget de |1\ 000\ $| si le matériau qu'il veut utiliser se vend |9{,}95\ $/\text{m}^2|?

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Le rectangle

Dans un rectangle, les côtés opposés sont isométriques et parallèles. C’est une propriété qui est utile pour déterminer ses formules d’aire et de périmètre.

Le périmètre du rectangle

Formule

||\begin{align}P_\text{rectangle}&=\color{#ec0000}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}c+\color{#fa7921}d\\&= \color{#ec0000}h+\color{#ec0000}h+\color{#3b87cd}b+\color{#3b87cd}b\\&=2\color{#ec0000}h+2\color{#3b87cd}b\\&=2 (\color{#ec0000}h+\color{#3b87cd}b)\end{align}||

Comme on peut le voir dans l’encadré précédent, la formule du périmètre du rectangle peut s'écrire de plusieurs façons. Peu importe la formule choisie, le résultat est le même.

Exemple

Pour bien délimiter son jardin de forme rectangulaire, Julien décide d'installer des bordures de ciment.

On cherche le périmètre d’un jardin rectangulaire.

À combien s'élève la facture de cet aménagement si Julien sait qu'un bloc d'une longueur de |90\ \text{cm}| se vend au prix de |8{,}95\ \$|?

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L'aire​ du rectangle

Formule

||A_\text{rectangle}=\color{#3b87cd}b\times\color{#ec0000}h||


|\color{#3b87cd}b :| base
|\color{#ec0000}h :| hauteur

Illustration de la formule d'aire d'un rectangle

Remarque : ​Tout comme dans l'application de la formule du périmètre, les mesures de la base et de la hauteur sont attribuées de façon aléatoire, en autant que les 2 segments considérés soient perpendiculaires.

Exemple

Afin de changer la décoration d’une chambre, on décide de peindre l'un des murs rectangulaires en bleu ciel.

On cherche l’aire d’un mur rectangulaire pour le peindre.

Combien coutera ce changement si on sait qu’un pot de peinture se vend |39{,}95\ \$,| qu'il couvre une superficie de |20\ \text{m}^2| et qu’on doit appliquer 3 couches?

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Remarque : Pour les problèmes liés à l'aire d'une figure, il arrive souvent qu'il y ait plus à faire que le simple calcul en lien avec l'application de la formule. Dans ce cas, il est important de bien prendre connaissance du contexte du problème.

Le parallélogramme

Les formules du périmètre et de l'aire du parallélogramme ressemblent beaucoup à celles du rectangle.

Le périmètre du parallélogramme

Formule

||\begin{align}P_\text{parallélogramme}&=\color{#3a9a38}a+\color{#3b87cd}b+\color{#ff55c3}c+\color{#fa7921}d\\&=\color{#3a9a38}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}a+\color{#3b87cd}b\\&=2\color{#3a9a38}a+2\color{#3b87cd}b\\&=2(\color{#3a9a38}a+\color{#3b87cd}b)\end{align}||

Comme on peut le voir dans l’encadré précédent, la formule du périmètre du parallélogramme peut s'écrire de plusieurs façons. Peu importe la formule choisie, le résultat obtenu est le même.

Exemple

Amélie court dans un parc sur des sentiers qui, vus de haut, forment un parallélogramme. Elle court à une allure moyenne de |6\ \text{min/km}.| Sachant qu’elle commence devant le grand arbre et termine au même endroit, combien de temps dure sa course?

On cherche le périmètre de sentiers qui forme un parallélogramme.

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L'aire​ du parallélogramme

Formule

||A_\text{parallélogramme}=\color{#3b87cd}b\times \color{#ec0000}h||
où 
|\color{#3b87cd}b :| base
|\color{#ec0000}h :| hauteur

La formule d'aire du parallélogramme est la même que celle du rectangle. Pour le démontrer, il suffit de prendre une partie du parallélogramme et de la déplacer afin de former un rectangle.

Remarque : La mesure des 2 autres côtés isométriques |(\color{#3a9a38}a)| n'est pas utilisée dans la formule de l’aire.​

Exemple

Quelle est l'aire du parallélogramme suivant?

On cherche l’aire d’un parallélogramme dont les dimensions sont fournies.

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Le trapèze

Qu'il soit rectangle, isocèle​ ou sans aucune propriété ​particulière, l'aire d'un trapèze se calcule toujours avec la même formule.​ Pour le périmètre, on peut déterminer quelques formules plus spécifiques.

Le périmètre du trapèze

Formule
Un trapèze avec ses côtés identifiés

Trapèze

||P_\text{trapèze}= \color{#ff55c3}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B+\color{#fa7921}c||

Un trapèze rectangle avec ses côtés identifiés

Trapèze rectangle

||\begin{align}P_\text{trapèze rectangle}&= \color{#ff55c3}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B+\color{#fa7921}c\\&= \color{#ec0000}h+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B+\color{#fa7921}c\end{align}||

Un trapèze isocèle avec ses côtés identifiés

Trapèze isocèle

||\begin{align}P_\text{trapèze isocèle}&= \color{#ff55c3}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B+\color{#fa7921}c\\ &= \color{#ff55c3}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B+\color{#ff55c3}a\\ &= 2\color{#ff55c3}a+\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B\end{align}||

Exemple

Lequel de ces trapèzes a le plus grand périmètre?

On cherche le périmètre de 2 trapèzes.

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L'aire du trapèze

Formule

||A_\text{trapèze}=\dfrac{(\color{#3a9a38}{B}+\color{#3b87cd}b)\times\color{#ec0000}h}{2}||


 |\color{#3a9a38}B :| grande base
|\color{#3b87cd}b :| petite base
|\color{#ec0000}h :| hauteur

Pour bien distinguer chacune des mesures impliquées dans l'utilisation de cette formule, on peut se référer aux propriétés des trapèzes. Il est important de noter que la hauteur représente toujours la distance mesurée perpendiculairement entre les 2 bases.

Pour démontrer cette formule, on utilise des transformations géométriques sur certaines parties d'un trapèze afin de former un rectangle.

De cette façon, on obtient un rectangle dont la mesure de la longueur est de |\color{#3b87cd}b+\color{#3a9a38}B| et dont la hauteur |\color{#ec0000}h| est la même que celle du trapèze. Puisque le rectangle est formé de 2 trapèzes, on doit diviser par 2 pour obtenir l’aire d’un trapèze.

Exemple

Quelle est l'aire du trapèze suivant?

On cherche l’aire d’un trapèze dont les dimensions sont fournies.

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Le losange

Puisqu’il possède 4 côtés isométriques, le losange partage la même formule de périmètre que le carré. Pour déterminer son aire, on doit utiliser ses diagonales.

Le périmètre du losange

Formule

||\begin{align}P_\text{losange}&=\color{#ff55c3}a+\color{#C58AE1}b+\color{#3a9a38}c+\color{#fa7921}d\\&=\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c+\color{#3a9a38}c\\&=4\color{#3a9a38}c\end{align}||

Une seule mesure est nécessaire pour calculer le périmètre d'un losange.

Exemple

Quel est le périmètre du losange suivant?

On cherche le périmètre d’un losange dont la mesure des diagonales est fournie.

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L'aire​ du losange

Formule

||A_\text{losange}=\dfrac{\color{#3b87cd}D\times\color{#ec0000}d}{2}||


|\color{#ec0000}d :| petite diagonale
|\color{#3b87cd}D :| grande diagonale

La formule de l’aire du losange est en lien avec la formule de l’aire du rectangle. On peut utiliser la rotation pour arriver à créer un rectangle à partir d’un losange.

On obtient un rectangle dont l'aire est donnée par la formule suivante.||\begin{align}A&=\color{#3b87cd}b\times\color{#ec0000}h\\&=\color{#3b87cd}D\times\color{#ec0000}d\end{align}||

Ce rectangle est formé de 2 losanges. Il faut donc diviser l'aire du rectangle par |2| pour obtenir l’aire d’un losange.||A_\text{losange}=\dfrac{\color{#3b87cd}D\times\color{#ec0000}d}{2}||

Exemple

Marc-Antoine a perdu une carte de son jeu de cartes préféré. Il s’agit du 7 de carreau. Puisqu’il a un carton blanc et un peu de peinture rouge, il décide de fabriquer une nouvelle carte, qui remplacera la carte perdue. Les carreaux qu’il fait sont des losanges, tous de la même dimension. Sachant qu’un millilitre couvre environ |180\ \text{mm}^2,| de quelle quantité de peinture aura-t-il besoin?

On cherche la quantité de peinture requise pour peindre les losanges de cette carte.

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​Le cerf-volant

Pour déterminer le périmètre du cerf-volant, il suffit d'effectuer la somme des mesures des côtés. Pour déterminer l’aire, il faut travailler avec ses diagonales.

Le périmètre du cerf-volant

Formule

||\begin{align}P_\text{cerf-volant}&=\color{#3a9a38}a+\color{#fa7921}b+\color{#ff55c3}c+\color{#C58AE1}d\\&=\color{#3a9a38}a+\color{#3a9a38}a+\color{#fa7921}b+\color{#fa7921}b\\&=2\color{#3a9a38}a+2\color{#fa7921}b\\&=2(\color{#3a9a38}a+\color{#fa7921}b)\end{align}||

Comme on peut le voir dans l’encadré précédent, la formule du périmètre du cerf-volant peut s'écrire de plusieurs façons. Peu importe la formule choisie, le résultat est le même.

Exemple

Afin de protéger les rebords d’un nouveau cerf-volant, on veut acheter des bordures en plastique.

On cherche le périmètre d’un cerf-volant.

Quel est le cout total de ce projet si ce type de matériau se vend au prix de |1{,}95\ $| pour |10\ \text{cm}|?

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L'aire​ du cerf-volant​

Formule

||A_\text{cerf-volant}=\dfrac{\color{#ec0000}D\times \color{#3b87cd}d}{2}||


|\color{#ec0000}D :| grande diagonale
|\color{#3b87cd}d :| petite diagonale

En savoir plus

La formule de l’aire du cerf-volant est en lien avec la formule de l'aire du rectangle. Pour bien comprendre d'où vient cette formule, on peut se référer à la démonstration de la formule de l'aire du losange.

Exemple

Avec les conditions météorologiques changeantes, on décide d'appliquer une couche de produit hydrofuge sur la toile d’un cerf-volant afin qu'il ne soit pas abimé par l'eau.

On cherche l’aire d’un cerf-volant.

En prenant pour acquis que les 2 côtés du cerf-volant doivent être traités, quelle quantité de produit doit-on acheter si |10\ \text{mL}| peuvent couvrir une surface de |1\ \text{dm}^2|?

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Exercice

Exercice

Le périmètre et l'aire des quadrilatères

Mathématiques Secondaire1-2