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Leçon 1

Rappels : vecteurs, norme, angle, projeté orthogonal

Vidéo 1 : Rappels : vecteurs, norme, angle, projeté orthogonal · 4 min 23 s · sous-titres en français

Le cours écrit

1.1 Vecteurs

Un vecteur est donné par une direction, un sens et une longueur. Deux vecteurs qui ont les trois en commun sont égaux : on peut donc déplacer un vecteur sans le changer.

  • Relation de Chasles : pour tous points AA, BB, CC, AB→+BC→=AC→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{BC} = \overrightarrow{AC}.
  • Parallélogramme : si ABCDABCD est un parallélogramme, AB→+AD→=AC→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} = \overrightarrow{AC}.
  • Milieu : II est le milieu de [AB][AB] si et seulement si IA→+IB→=0⃗\overrightarrow{IA} + \overrightarrow{IB} = \vec{0}.
  • Produit par un réel : ku⃗k\vec{u} a la direction de u⃗\vec{u}. Son sens est celui de u⃗\vec{u} si k>0k > 0, le sens contraire si k<0k < 0, et sa norme vaut ∣k∣×∥u⃗∥|k| \times \lVert\vec{u}\rVert.
  • Colinéarité : u⃗\vec{u} et v⃗\vec{v} sont colinéaires lorsque l'un est le produit de l'autre par un réel.

1.2 Coordonnées et norme

Dans un repère orthonormé, si A(xA ;yA)A(x_A\,;y_A) et B(xB ;yB)B(x_B\,;y_B), alors AB→ (xB−xA ;yB−yA)\overrightarrow{AB}\,(x_B - x_A\,;y_B - y_A).

La longueur d'un vecteur s'appelle sa norme. Pour u⃗ (x ;y)\vec{u}\,(x\,;y), le théorème de Pythagore donne ∥u⃗∥=x2+y2.\lVert\vec{u}\rVert = \sqrt{x^2 + y^2}. En particulier, AB=∥AB→∥AB = \lVert\overrightarrow{AB}\rVert.

Deux vecteurs u⃗ (x ;y)\vec{u}\,(x\,;y) et v⃗ (x′ ;y′)\vec{v}\,(x'\,;y') sont colinéaires si et seulement si leur déterminant xy′−x′yxy' - x'y est nul.

Exemple 1. Avec A(1 ;2)A(1\,;2) et B(4 ;6)B(4\,;6), on a AB→ (3 ;4)\overrightarrow{AB}\,(3\,;4), donc AB=9+16=5AB = \sqrt{9 + 16} = 5. Le milieu de [AB][AB] a pour coordonnées (52 ;4)\left(\dfrac52\,;4\right).

Exemple 2. Les vecteurs u⃗ (2 ;−3)\vec{u}\,(2\,;-3) et v⃗ (−6 ;9)\vec{v}\,(-6\,;9) sont colinéaires : 2×9−(−6)×(−3)=18−18=02 \times 9 - (-6) \times (-3) = 18 - 18 = 0. D'ailleurs, v⃗=−3u⃗\vec{v} = -3\vec{u}.

1.3 Angle de deux vecteurs

Pour voir l'angle de deux vecteurs non nuls, on les dessine à partir d'un même point. Si u⃗=AB→\vec{u} = \overrightarrow{AB} et v⃗=AC→\vec{v} = \overrightarrow{AC}, leur angle est l'angle géométrique BAC^\widehat{BAC}. Il est compris entre 00 et π\pi radians, soit entre 0∘0^\circ et 180∘180^\circ, et il n'a pas de sens de rotation.

Attention. Dans un triangle équilatéral ABCABC, les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et BC→\overrightarrow{BC} se suivent : ils ne partent pas du même point. En reportant BC→\overrightarrow{BC} au point AA, on voit que leur angle vaut 120∘120^\circ, et non 60∘60^\circ.

Le chapitre 8 donne le cosinus de ces angles. Pour rappel, cos⁡(π−x)=−cos⁡x\cos(\pi - x) = -\cos x.

θ\theta 00 π6\dfrac{\pi}{6} π4\dfrac{\pi}{4} π3\dfrac{\pi}{3} π2\dfrac{\pi}{2} 2π3\dfrac{2\pi}{3} 3π4\dfrac{3\pi}{4} 5π6\dfrac{5\pi}{6} π\pi
en degrés 0∘0^\circ 30∘30^\circ 45∘45^\circ 60∘60^\circ 90∘90^\circ 120∘120^\circ 135∘135^\circ 150∘150^\circ 180∘180^\circ
cos⁡θ\cos\theta 11 32\dfrac{\sqrt3}{2} 22\dfrac{\sqrt2}{2} 12\dfrac12 00 −12-\dfrac12 −22-\dfrac{\sqrt2}{2} −32-\dfrac{\sqrt3}{2} −1-1

Le cosinus est positif si l'angle est aigu, et négatif s'il est obtus.

1.4 Projeté orthogonal

Définition. Soit dd une droite et MM un point. Le projeté orthogonal de MM sur dd est le point HH de dd tel que (MH)⊥d(MH) \perp d. Si MM est sur dd, alors H=MH = M.

Image utile : sous une lumière qui tombe perpendiculairement à dd, le point HH est l'ombre de MM. L'ombre d'un segment [MN][MN] est le segment qui joint les projetés de MM et de NN.

1.5 La plus courte distance

Soit HH le projeté orthogonal de MM sur dd, et NN un autre point de dd. Le triangle MHNMHN est rectangle en HH, donc MN2=MH2+HN2>MH2.MN^2 = MH^2 + HN^2 > MH^2. Ainsi, HH est le point de dd le plus proche de MM. La distance de MM à la droite dd est la longueur MHMH.

1.6 Automatismes de géométrie

Exemple 3 (une hauteur). Soit ABCABC un triangle équilatéral de côté 66. Le projeté orthogonal de CC sur (AB)(AB) est le milieu II de [AB][AB], car la hauteur est aussi une médiane. Ainsi AI=3AI = 3, et dans le triangle AICAIC rectangle en II : CI2=36−9=27,doncCI=33.CI^2 = 36 - 9 = 27, \qquad\text{donc}\quad CI = 3\sqrt3. Le sinus donne le même résultat : CI=6sin⁡π3=33CI = 6\sin\dfrac{\pi}{3} = 3\sqrt3.

Automatisme. Quatre outils reviennent sans cesse, à utiliser sans hésiter.

  • Repérage : le milieu de [AB][AB] a pour coordonnées (xA+xB2 ;yA+yB2)\left(\dfrac{x_A + x_B}{2}\,;\dfrac{y_A + y_B}{2}\right).
  • Pythagore : dans un triangle rectangle, le carré de l'hypoténuse est la somme des carrés des deux autres côtés.
  • Thalès : si M∈[AB]M \in [AB], N∈[AC]N \in [AC] et (MN)∥(BC)(MN) \parallel (BC), alors AMAB=ANAC=MNBC\dfrac{AM}{AB} = \dfrac{AN}{AC} = \dfrac{MN}{BC}.
  • Lignes trigonométriques : dans un triangle rectangle, cos⁡α=adjacenthypoteˊnuse\cos\alpha = \dfrac{\text{adjacent}}{\text{hypoténuse}}, sin⁡α=opposeˊhypoteˊnuse\sin\alpha = \dfrac{\text{opposé}}{\text{hypoténuse}}, tan⁡α=opposeˊadjacent\tan\alpha = \dfrac{\text{opposé}}{\text{adjacent}}.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 1 et 2

  • Exercice 1 : coordonnées, norme, nature d'un triangle
  • Exercice 2 : projeté orthogonal et automatismes

Exercices du chapitre (PDF, 195 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 167 Ko)

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