Chapitres de Première

Calcul vectoriel et produit scalaire

  1. 1

    Exercice 1

    Facile

    Dans un repère orthonormé, on considère les points A(0;0)A(0\,;0), B(4;0)B(4\,;0) et C(1;3)C(1\,;3). On pose u=AB\vec{u}=\vec{AB} et v=AC\vec{v}=\vec{AC}. Calculer le produit scalaire uv\vec{u}\cdot\vec{v} de quatre façons différentes :

    1. à l'aide des coordonnées ;
    2. à l'aide des normes et de l'angle θ=(u,v^)\theta=(\widehat{\vec{u},\vec{v}}) ;
    3. à l'aide de la projection orthogonale de CC sur la droite (AB)(AB) ;
    4. à l'aide des normes, en utilisant l'égalité uv=12(u2+v2vu2)\vec{u}\cdot\vec{v}=\dfrac{1}{2}\left(\|\vec{u}\|^2+\|\vec{v}\|^2-\|\vec{v}-\vec{u}\|^2\right).

    Vérifier que les quatre méthodes donnent le même résultat.

    Voir un indice

    Calculer d'abord les coordonnées de u=(4;0)\vec{u}=(4\,;0) et v=(1;3)\vec{v}=(1\,;3), ainsi que leurs normes. Pour la projection, remarquer que (AB)(AB) est l'axe des abscisses. Pour la dernière méthode, vu=BC\vec{v}-\vec{u}=\vec{BC}.

    Voir la correction

    1. Coordonnées. u=(4;0)\vec{u}=(4\,;0) et v=(1;3)\vec{v}=(1\,;3), donc

    uv=4×1+0×3=4.\vec{u}\cdot\vec{v}=4\times 1+0\times 3=4.

    2. Normes et angle. u=4\|\vec{u}\|=4 et v=12+32=10\|\vec{v}\|=\sqrt{1^2+3^2}=\sqrt{10}. Comme cosθ=4×1+0×34×10=110\cos\theta=\dfrac{4\times 1+0\times 3}{4\times\sqrt{10}}=\dfrac{1}{\sqrt{10}}, on obtient

    uv=uvcosθ=4×10×110=4.\vec{u}\cdot\vec{v}=\|\vec{u}\|\,\|\vec{v}\|\cos\theta=4\times\sqrt{10}\times\dfrac{1}{\sqrt{10}}=4.

    3. Projection. Le projeté orthogonal de C(1;3)C(1\,;3) sur (AB)(AB) (l'axe des abscisses) est H(1;0)H(1\,;0). Alors AH=(1;0)\vec{AH}=(1\,;0) est de même sens que AB\vec{AB}, et

    uv=ABAH=AB×AH=4×1=4.\vec{u}\cdot\vec{v}=\vec{AB}\cdot\vec{AH}=\|\vec{AB}\|\times\overline{AH}=4\times 1=4.

    4. Normes. vu=BC=CB=(3;3)\vec{v}-\vec{u}=\vec{BC}=C-B=(-3\,;3), donc BC2=(3)2+32=18\|\vec{BC}\|^2=(-3)^2+3^2=18. Ainsi

    uv=12(16+1018)=12×8=4.\vec{u}\cdot\vec{v}=\dfrac{1}{2}\left(16+10-18\right)=\dfrac{1}{2}\times 8=4.

    Les quatre méthodes donnent bien uv=4\vec{u}\cdot\vec{v}=4.

  2. 2

    Exercice 2

    Facile

    Dans un repère orthonormé, on donne A(1;2)A(1\,;2), B(5;4)B(5\,;4) et C(3;8)C(3\,;8).

    1. Calculer le produit scalaire BABC\vec{BA}\cdot\vec{BC}.
    2. En déduire que le triangle ABCABC est rectangle et préciser en quel sommet.
    3. Calculer uv\vec{u}\cdot\vec{v} pour u(2;3)\vec{u}(2\,;3) et v(3;2)\vec{v}(-3\,;2). Ces deux vecteurs sont-ils orthogonaux ?
    Voir un indice

    Deux vecteurs sont orthogonaux si et seulement si leur produit scalaire est nul. Dans un repère orthonormé, uv=xx+yy\vec{u}\cdot\vec{v}=xx'+yy'.

    Voir la correction

    1. BA=AB=(4;2)\vec{BA}=A-B=(-4\,;-2) et BC=CB=(2;4)\vec{BC}=C-B=(-2\,;4). Donc

    BABC=(4)×(2)+(2)×4=88=0.\vec{BA}\cdot\vec{BC}=(-4)\times(-2)+(-2)\times 4=8-8=0.

    2. Puisque BABC=0\vec{BA}\cdot\vec{BC}=0, les vecteurs BA\vec{BA} et BC\vec{BC} sont orthogonaux : le triangle ABCABC est rectangle en BB. 3. uv=2×(3)+3×2=6+6=0\vec{u}\cdot\vec{v}=2\times(-3)+3\times 2=-6+6=0. Le produit scalaire est nul, donc u\vec{u} et v\vec{v} sont orthogonaux.

  3. 3

    Exercice 3

    Facile

    Dans un repère orthonormé, on considère les points A(0;0)A(0\,;0), B(3;4)B(3\,;4) et C(4;3)C(4\,;3).

    1. Calculer ABAC\vec{AB}\cdot\vec{AC} à l'aide des coordonnées.
    2. Calculer les normes AB\|\vec{AB}\| et AC\|\vec{AC}\|.
    3. En déduire une valeur approchée, au dixième de degré, de l'angle BAC^\widehat{BAC}.
    Voir un indice

    Utiliser ABAC=ABACcosBAC^\vec{AB}\cdot\vec{AC}=\|\vec{AB}\|\,\|\vec{AC}\|\cos\widehat{BAC} pour isoler cosBAC^\cos\widehat{BAC}, puis la touche cos1\cos^{-1} de la calculatrice.

    Voir la correction

    1. AB=(3;4)\vec{AB}=(3\,;4) et AC=(4;3)\vec{AC}=(4\,;3), donc

    ABAC=3×4+4×3=12+12=24.\vec{AB}\cdot\vec{AC}=3\times 4+4\times 3=12+12=24.

    2. AB=32+42=25=5\|\vec{AB}\|=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{25}=5 et AC=42+32=25=5\|\vec{AC}\|=\sqrt{4^2+3^2}=\sqrt{25}=5. 3. On a

    cosBAC^=ABACABAC=245×5=2425=0,96.\cos\widehat{BAC}=\dfrac{\vec{AB}\cdot\vec{AC}}{\|\vec{AB}\|\,\|\vec{AC}\|}=\dfrac{24}{5\times 5}=\dfrac{24}{25}=0{,}96.

    Donc BAC^=cos1(0,96)16,3\widehat{BAC}=\cos^{-1}(0{,}96)\approx 16{,}3^{\circ}.

  4. 4

    Exercice 4

    Facile

    On considère deux vecteurs u\vec{u} et v\vec{v} tels que u=6\|\vec{u}\|=6, v=4\|\vec{v}\|=4 et l'angle entre eux vaut 6060^{\circ}.

    1. Calculer uv\vec{u}\cdot\vec{v}.
    2. En développant u+v2\|\vec{u}+\vec{v}\|^2 et uv2\|\vec{u}-\vec{v}\|^2, calculer les longueurs u+v\|\vec{u}+\vec{v}\| et uv\|\vec{u}-\vec{v}\| (valeurs exactes puis approchées).
    Voir un indice

    Rappels : u+v2=u2+2uv+v2\|\vec{u}+\vec{v}\|^2=\|\vec{u}\|^2+2\,\vec{u}\cdot\vec{v}+\|\vec{v}\|^2 et uv2=u22uv+v2\|\vec{u}-\vec{v}\|^2=\|\vec{u}\|^2-2\,\vec{u}\cdot\vec{v}+\|\vec{v}\|^2.

    Voir la correction

    1. uv=uvcos60=6×4×12=12.\vec{u}\cdot\vec{v}=\|\vec{u}\|\,\|\vec{v}\|\cos 60^{\circ}=6\times 4\times\dfrac{1}{2}=12. 2. Développement de la somme :

    u+v2=62+2×12+42=36+24+16=76,\|\vec{u}+\vec{v}\|^2=6^2+2\times 12+4^2=36+24+16=76,

    d'où u+v=76=2198,72\|\vec{u}+\vec{v}\|=\sqrt{76}=2\sqrt{19}\approx 8{,}72. Développement de la différence :

    uv2=622×12+42=3624+16=28,\|\vec{u}-\vec{v}\|^2=6^2-2\times 12+4^2=36-24+16=28,

    d'où uv=28=275,29\|\vec{u}-\vec{v}\|=\sqrt{28}=2\sqrt{7}\approx 5{,}29.

  5. 5

    Formule d'Al-Kashi dans un triangle

    Moyen

    Dans un triangle ABCABC, on donne AB=7AB=7, AC=5AC=5 et BAC^=60\widehat{BAC}=60^{\circ}.

    1. À l'aide de la formule d'Al-Kashi, calculer la longueur BCBC (valeur exacte puis approchée).
    2. Calculer une valeur approchée, au dixième de degré, de l'angle ABC^\widehat{ABC}.
    3. En déduire l'angle ACB^\widehat{ACB}.
    Voir un indice

    Al-Kashi : BC2=AB2+AC22AB×AC×cosBAC^BC^2=AB^2+AC^2-2\,AB\times AC\times\cos\widehat{BAC}. Pour l'angle en BB, réutiliser la formule d'Al-Kashi en isolant le cosinus.

    Voir la correction

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

  6. 6

    Produit scalaire et angle

    Moyen

    Dans un repère orthonormé, on donne les points A(1;2)A(-1\,;2), B(3;1)B(3\,;-1) et C(4;5)C(4\,;5).

    1. Calculer les longueurs ABAB, ACAC et BCBC.
    2. Calculer le produit scalaire ABAC\vec{AB}\cdot\vec{AC}.
    3. En déduire une valeur approchée, au dixième de degré, de l'angle BAC^\widehat{BAC}.
    Voir un indice

    Calculer les coordonnées de chaque vecteur, puis appliquer la formule des normes et celle du produit scalaire en base orthonormée.

    Voir la correction

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

  7. 7

    Identité du produit scalaire

    Moyen

    Dans un repère orthonormé, on considère les points A(1;2)A(1\,;2) et B(5;4)B(5\,;4). On note II le milieu de [AB][AB] et MM un point du plan.

    1. Établir l'égalité MAMB=MI2AB24\vec{MA}\cdot\vec{MB}=MI^2-\dfrac{AB^2}{4}.
    2. Calculer AB2AB^2 et les coordonnées de II.
    3. En utilisant la formule précédente, calculer MAMB\vec{MA}\cdot\vec{MB} lorsque MM est l'origine O(0;0)O(0\,;0), puis vérifier le résultat par un calcul direct de coordonnées.
    Voir un indice

    Écrire MA=MI+IA\vec{MA}=\vec{MI}+\vec{IA} et MB=MI+IB\vec{MB}=\vec{MI}+\vec{IB}, avec IB=IA\vec{IB}=-\vec{IA} et IA=AB2\|\vec{IA}\|=\dfrac{AB}{2}.

    Voir la correction

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

  8. 8

    Exercice 8

    Difficile

    Dans un repère orthonormé, on donne les points A(1;1)A(1\,;-1) et B(5;3)B(5\,;3). Déterminer l'ensemble (E)(\mathcal{E}) des points M(x;y)M(x\,;y) du plan tels que MAMB=0\vec{MA}\cdot\vec{MB}=0, puis reconnaître cet ensemble géométriquement.

    Voir un indice

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

    Voir la correction

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

  9. 9

    Exercice 9

    Difficile

    Soit ABCABC un triangle. On note HH le point d'intersection de la hauteur issue de AA et de la hauteur issue de BB.

    1. Traduire par des produits scalaires nuls le fait que HH appartient à la hauteur issue de AA, puis à la hauteur issue de BB.
    2. Démontrer l'identité HABC+HBCA+HCAB=00=0\vec{HA}\cdot\vec{BC}+\vec{HB}\cdot\vec{CA}+\vec{HC}\cdot\vec{AB}=\vec{0}\cdot\vec{0}=0.
    3. En déduire que (CH)(CH) est la hauteur issue de CC, c'est-à-dire que les trois hauteurs du triangle sont concourantes.
    Voir un indice

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité

    Voir la correction

    Ce contenu est réservé : laisse tes coordonnées pour débloquer toutes les indications et corrections du site, gratuitement.

    Tes coordonnées servent uniquement à t'informer de nos ressources et stages — jamais de spam. Politique de confidentialité