Coordonnées : produit scalaire, norme et distance

À propos de cette leçon

Terminale, spécialité › Orthogonalité et distances dans l'espace

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Coordonnées : produit scalaire, norme et distance

Orthogonalité et distances dans l'espace. produit scalaire, norme, vecteur normal, plans perpendiculaires

Échauffement

Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.

Découvrir

Dans un repère orthonormé, u⃗(1;2;2)\vec{u}(1 ; 2 ; 2). Quelle est sa norme ?

  1. 1+4+4=9=3\sqrt{1 + 4 + 4} = \sqrt{9} = 3." data-option="1">33
  2. 12+22+22=91^2 + 2^2 + 2^2 = 9 est le carré de la norme. Il reste à prendre la racine carrée." data-option="2">99
  3. 1+4+4\sqrt{1 + 4 + 4}." data-option="3">5\sqrt{5}

L'idée clé

Dans une base orthonormée, tout se calcule avec les coordonnées.

Si u⃗(x;y;z)\vec{u}(x ; y ; z) et v⃗(x′;y′;z′)\vec{v}(x' ; y' ; z') : u⃗⋅v⃗=xx′+yy′+zz′\vec{u} \cdot \vec{v} = xx' + yy' + zz' et ∥u⃗∥=x2+y2+z2\lVert\vec{u}\rVert = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}.

AB=(xB−xA)2+(yB−yA)2+(zB−zA)2AB = \sqrt{(x_B - x_A)^2 + (y_B - y_A)^2 + (z_B - z_A)^2}.

Exemple corrigé

u⃗(2;−1;3)\vec{u}(2 ; -1 ; 3) et v⃗(1;5;1)\vec{v}(1 ; 5 ; 1) sont-ils orthogonaux ?

u⃗⋅v⃗=2×1+(−1)×5+3×1\vec{u} \cdot \vec{v} = 2 \times 1 + (-1) \times 5 + 3 \times 1
On multiplie les coordonnées deux à deux, puis on additionne.
u⃗⋅v⃗=2−5+3=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 2 - 5 + 3 = 0
On calcule.
Ils sont orthogonaux.
Un produit scalaire nul caractérise l'orthogonalité.

À toi, guidé

À toi : calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v} pour u⃗(1;2;3)\vec{u}(1 ; 2 ; 3) et v⃗(4;0;2)\vec{v}(4 ; 0 ; 2).

4+0+64 + 0 + 6
xx' + yy' + zz'.
1010
La somme.

Entraînement ★

  1. Dans une base orthonormée, u⃗(−3;6;2)\vec{u}(-3 ; 6 ; 2) et v⃗(3;4;−1)\vec{v}(3 ; 4 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.
  2. Dans une base orthonormée, u⃗(−4;2;2)\vec{u}(-4 ; 2 ; 2) et v⃗(1;2;−1)\vec{v}(1 ; 2 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.
  3. Dans une base orthonormée, u⃗(−2;5;2)\vec{u}(-2 ; 5 ; 2) et v⃗(5;6;−1)\vec{v}(5 ; 6 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.

Attention !

Entraînement ★★

  1. Dans un repère orthonormé, A(−2;−4;1)A(-2 ; -4 ; 1) et B(−1;−2;3)B(-1 ; -2 ; 3). Calcule la distance ABAB.
  2. Dans un repère orthonormé, A(−4;−2;1)A(-4 ; -2 ; 1) et B(0;6;9)B(0 ; 6 ; 9). Calcule la distance ABAB.
  3. Dans un repère orthonormé, A(−2;0;1)A(-2 ; 0 ; 1) et B(0;4;5)B(0 ; 4 ; 5). Calcule la distance ABAB.
  1. Dans une base orthonormée, pour quelle valeur de tt les vecteurs u⃗(3;6;1)\vec{u}(3 ; 6 ; 1) et v⃗(1;1;t)\vec{v}(1 ; 1 ; t) sont-ils orthogonaux ?
  1. Dans une base orthonormée, calcule la norme de u⃗(1;2;2)\vec{u}(1 ; 2 ; 2).

Bilan

Trois questions pour vérifier que c'est acquis.

  1. Dans une base orthonormée, u⃗(−3;6;2)\vec{u}(-3 ; 6 ; 2) et v⃗(3;4;−1)\vec{v}(3 ; 4 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.
  2. Dans une base orthonormée, u⃗(−4;2;2)\vec{u}(-4 ; 2 ; 2) et v⃗(1;2;−1)\vec{v}(1 ; 2 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.
  3. Dans une base orthonormée, u⃗(−2;5;2)\vec{u}(-2 ; 5 ; 2) et v⃗(5;6;−1)\vec{v}(5 ; 6 ; -1). Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u} \cdot \vec{v}.

Fiche résumé

En repère orthonormé

  • u⃗⋅v⃗=xx′+yy′+zz′\vec{u} \cdot \vec{v} = xx' + yy' + zz'.
  • ∥u⃗∥=x2+y2+z2\lVert\vec{u}\rVert = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}.
  • AB=∥AB→∥AB = \lVert\overrightarrow{AB}\rVert.

Attention : ne pas oublier la racine carrée, ni la troisième coordonnée.

CC BY-SA 4.0