Mathématiques : 1Bac S.Exp – STE – STM
Séance 4 (Le produit scalaire dans le plan)
Professeur : Mr ETTOUHAMY Abdelhak
Sommaire
I- Rappels
1-1/ Produit scalaire
1-2/ Base et repère (orthonormé direct)
II- Expression analytique de et
III- Formules trigonométriques
3-1/ Formules de et
3-2/ Surface d’un triangle et d’un parallélogramme
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-1/ Vecteur normal
4-2/ Ensemble des points tel que
4-3/ Équation cartésienne de la droite
4-4/ Orthogonalité de deux droites
4-5/ Distance d’un point à une droite
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-1/ Équation cartésienne du cercle
5-2/ Équation cartésienne du cercle de diamètre
5-3/ Présentation paramétrique d’un cercle
5-4/ Étude l’ensemble des points
5-5/ Étude les positions relatives d’un cercle et d’une droite
5-6 Équation cartésienne d’une droite tangente à un cercle
VI- Exercices
6-1/ Exercice 1
6-2/ Exercice 2
6-3/ Exercice 3
6-4/ Exercice 4
6-5/ Exercice 5
6-6/ Exercice 6
I- Rappels
1-1/ Produit scalaire
Définition
et deux vecteurs du plan tel que et .
le produit scalaire de et est noté tel que :
Si ou alors .
Si et et la projection orthogonale de sur la droite ( car ), alors :
- si et ont même sens (Cas n°1).
- si et ont les sens opposés (Cas n°2).
est appelé le carré scalaire de .
Le nombre réel positif est appelé la norme du vecteur , on le note ou ().
I- Rappels
1-1/ Produit scalaire
Propriétés
et et trois vecteurs du plan tel que et et .
1- La forme trigonométrique du produit scalaire tel que est : ou encore .
2- Symétrie du produit scalaire :
3. Linéarité du produit scalaire :
4- Positivité du produit scalaire :
5- Produit scalaire est non dégénéré :
6- Orthogonalité de deux vecteurs et :
I- Rappels
1-2/ Base et repère (orthonormé direct)
et deux vecteurs non colinéaires du plan .
Le couple s’appelle base du plan, on dit que le plan est rapporté à la base .
O est un point de et est une base de .
Le triplet s’appelle repère de , on dit que le plan est rapporté au repère ou encore le plan est muni du repère ).
est une base orthonormée si et seulement si et , dans ce cas le repère est appelé repère orthonormé.
est une base orthonormée directe si et seulement si est une base orthonormée et , dans ce cas le repère est appelé repère orthonormé direct.
II- Expression analytique de et
Propriété
et deux vecteurs du plan .
On a :
Exemple
III- Formules trigonométriques
3-1/ Formules de et
et deux vecteurs du plan avec .
On a :
III- Formules trigonométriques
3-2/ Surface d’un triangle et d’un parallélogramme
est un parallélogramme dans le plan .
La surface du tringle est : .
La surface du parallélogramme est : .
Démonstration
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-1/ Vecteur normal
Définition
est une droite dans le plan .
Tout vecteur non nul orthogonal au vecteur directeur de la droite s’appelle vecteur normal à la droite .
Remarques
Les vecteurs sont normaux à la droite .
et sont normaux à la droite , donc et sont colinéaires .
normal à la droite équivaut à est un vecteur directeur à la droite .
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-2/ Ensemble des points tel que
L’ensemble des points de tel que est la droite passant par dont le vecteur normal est .
Exemple
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-3/ Équation cartésienne de la droite
est un point de appartient à la droite si et seulement si et et
s’appelle l’équation cartésienne de la droite .
Exemple
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-4/ Orthogonalité de deux droites
On considère les droites et d’équations cartésiennes et tel que et sont les vecteurs normaux respectivement à et .
On a :
Exemple
IV- Droite dans le plan (Étude analytique)
4-5/ Distance d’un point à une droite
est une droite dans le plan .
est un point de et sa projection orthogonale sur .
La distance est appelée la distance de à .
On note : .
Exemple
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-1/ Équation cartésienne du cercle
Tout cercle du plan a pour équation cartésienne de la forme ou encore avec .
Exemple
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-2/ Équation cartésienne du cercle de diamètre
L'équation cartésienne du cercle de diamètre est :
Exemple
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-3/ Présentation paramétrique d’un cercle
est un cercle du plan rapporté au repère orthonormé tel que .
Pour tout du plan , on a : .
On l’appelle présentation paramétrique d’un cercle .
Exemple
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-4/ Étude l’ensemble des points
L’ensemble des points du plan qui vérifie est :
Si , on a .
Si , on a (un point et un seul).
Si , on a (un cercle).
Exemple
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-5/ Étude les positions relatives d’un cercle et d’une droite
est une droite du plan et est un cercle du plan de centre et de rayon .
est à l’extérieure du cercle si et seulement si , dans ce cas .
coupe le cercle si et seulement si , dans ce cas .
est tangente au cercle si et seulement si , dans ce cas .
V- Cercle dans le plan (Étude analytique)
5-6/ Équation cartésienne d’une droite tangente à un cercle
L’équation cartésienne de la droite tangente au cercle en un point de est ou encore .
Exemple
VI- Exercices
6-1/ Exercice 1
Soient , et trois points dans le plan.
- Déterminer les coordonnées des vecteurs et .
- Calculer et .
- En déduire la mesure de l'angle orienté .
- Calculer l’aire du triangle .
VI- Exercices
6-2/ Exercice 2
Soient , et trois points dans le plan.
- Déterminer l’équation de la droite médiatrice de .
- Déterminer l’équation de la hauteur du triangle qui passe par .
- Déterminer l’équation cartésienne de la droite passant par et de vecteur normale dans chaque cas :
- 3-1/ et .
- 3-2/ et .
VI- Exercices
6-3/ Exercice 3
- Déterminer l’équation cartésienne de cercle de diamètre avec et par deux méthode différentes.
- Déterminer l’équation cartésienne de cercle de centre et de rayon .
VI- Exercices
6-4/ Exercice 4
- Déterminer dans chaque cas la nature de l’ensemble des points vérifiant :
- Donner la représentation paramétrique de cercle de centre et de rayon dans chaque cas :
VI- Exercices
6-5/ Exercice 5
- Étudier la position relative du cercle et de la droite dans chaque cas :
VI- Exercices
6-6/ Exercice 6
Le plan est muni d’un repère orthonormé .
On considère les points : , , et .
- Déterminer les coordonnées du point milieu du segment .
- Déterminer les coordonnées du point milieu du segment .
- Déterminer l’équation cartésienne de la droite médiatrice du .
- Déterminer l’équation cartésienne du cercle de diamètre de deux façons différentes.
- Calculer la distance entre le point et la droite .
- Etudier la position relative de la droite et le cercle .