Géométrie · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA (architecture)
Produit vectoriel et produit mixte
Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.
📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Soit $(\vec{u}, \vec{v}, \vec{w})$ trois vecteurs de l'espace.
Le produit vectoriel $\vec{u} \wedge \vec{v}$ est un vecteur orthogonal à $\vec{u}$ et à $\vec{v}$.
Si $\vec{u}(x, y, z)$ et $\vec{v}(x', y', z')$, alors $\vec{u} \wedge \vec{v} = \begin{vmatrix} y & y' \ z & z' \end{vmatrix} \vec{i} - \begin{vmatrix} x & x' \ z & z' \end{vmatrix} \vec{j} + \begin{vmatrix} x & x' \ y & y' \end{vmatrix} \vec{k}$.
Le produit vectoriel $\vec{i} \wedge \vec{j}$ est égal à :
❓ Questions fréquentes
Kifach n7seb l-produit vectoriel b l-i7datiyat?
Tu écris les coordonnées des deux vecteurs l'une sous l'autre.
Pour la composante $x$, tu caches la première colonne et calcules le déterminant $2 \times 2$ restant.
Pour $y$, tu fais pareil mais tu changes le signe du résultat.
Pour $z$, tu caches la troisième colonne et calcules le déterminant.
💡 À retenir : N'oublie jamais le signe (-) pour la coordonnée $y$.
Est-ce que le produit vectoriel est commutatif ?
Non, il est anticommutatif. C'est-à-dire que $\vec{u} \wedge \vec{v} = - (\vec{v} \wedge \vec{u})$. Si tu inverses l'ordre, tu changes le signe de toutes les composantes.
💡 À retenir : L'ordre des vecteurs est crucial.
Chno hiya l-3alaqa bin l-produit vectoriel o l-mostawa?
Le produit vectoriel $\vec{u} \wedge \vec{v}$ te donne un vecteur normal (orthogonal) au plan défini par les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$. C'est très utile pour trouver l'équation cartésienne d'un plan.
💡 À retenir : $\vec{n} = \vec{u} \wedge \vec{v}$ est le vecteur normal au plan.
Kifach n3ref wach 3 dyal l-motajihat coplanaires?
Tu calcules le produit mixte $[\vec{u}, \vec{v}, \vec{w}] = (\vec{u} \wedge \vec{v}) \cdot \vec{w}$.
Si le résultat est 0, ils sont coplanaires.
Si le résultat est différent de 0, ils ne le sont pas.
💡 À retenir : Le produit mixte est nul si et seulement si les vecteurs sont coplanaires.
Quelle est la différence entre produit scalaire et vectoriel ?
Le produit scalaire donne un nombre réel (scalaire) et mesure l'orthogonalité. Le produit vectoriel donne un vecteur et mesure l'aire d'un parallélogramme.
💡 À retenir : Scalaire = nombre, Vectoriel = vecteur.
Peut-on calculer le produit vectoriel dans le plan (2D) ?
Non, le produit vectoriel est défini uniquement dans l'espace à trois dimensions. En 2D, on utilise le déterminant pour l'aire ou la colinéarité.
💡 À retenir : Le produit vectoriel nécessite 3 composantes $(x, y, z)$.
Comment calculer l'aire d'un triangle avec le produit vectoriel ?
Soit le triangle $ABC$. L'aire est donnée par la formule $\mathcal{A} = \frac{1}{2} |\vec{AB} \wedge \vec{AC}|$.
Calcule $\vec{AB}$ et $\vec{AC}$.
Calcule le produit vectoriel $\vec{w} = \vec{AB} \wedge \vec{AC}$.
Calcule la norme $|\vec{w}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}$.
Divise par 2.
💡 À retenir : L'aire est toujours positive.
Le produit vectoriel est-il associatif ?
Non, $(\vec{u} \wedge \vec{v}) \wedge \vec{w} \neq \vec{u} \wedge (\vec{v} \wedge \vec{w})$. Il ne faut jamais enlever les parenthèses sans calcul préalable.
💡 À retenir : Respecte toujours les parenthèses.
Est-ce que |vec{u} wedge vec{v}| = |vec{u}| cdot |vec{v}| ?
Non, c'est vrai seulement si $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont orthogonaux. En général, $|\vec{u} \wedge \vec{v}| = |\vec{u}| \cdot |\vec{v}| \cdot |\sin(\theta)|$.
💡 À retenir : Utilise la formule avec le sinus.
Comment prouver que deux droites sont parallèles avec le produit vectoriel ?
Si les vecteurs directeurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ des deux droites vérifient $\vec{u} \wedge \vec{v} = \vec{0}$, alors ils sont colinéaires, donc les droites sont parallèles.
Le produit vectoriel u∧v est un vecteur orthogonal à u et à v.
Si u(x,y,z) et v(x′,y′,z′), alors u∧v=yzy′z′i−xzx′z′j+xyx′y′k.
∥u∧v∥=∥u∥⋅∥v∥⋅sin(θ).
Le produit mixte est [u,v,w]=(u∧v)⋅w.
Méthodes à maîtriser
Calculer les coordonnées d'un produit vectoriel via le déterminant.
Calculer l'aire d'un triangle ABC : A=21∥AB∧AC∥.
Vérifier la coplanarité de trois vecteurs : [u,v,w]=0.
Calculer le volume d'un tétraèdre : V=61∣[AB,AC,AD]∣.
Exemples corrigés
Vecteur orthogonal : Soient u(1,0,1) et v(0,1,1). u∧v=(−1,−1,1).
Volume : Pour A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),D(1,1,1), le volume du tétraèdre est 61∣(AB∧AC)⋅AD∣=61∣(−1,−1,−1)⋅(0,1,1)∣=61∣−2∣=31.
Erreurs fréquentes
Oublier le signe « moins » dans le calcul du déterminant de la composante j.
Confondre le produit vectoriel (vecteur) et le produit scalaire (nombre).
Oublier la valeur absolue dans le calcul du volume ou de l'aire.
Le produit vectoriel i∧j est égal à :
k
−k
0
Tu écris les coordonnées des deux vecteurs l'une sous l'autre.
Pour la composante x, tu caches la première colonne et calcules le déterminant 2×2 restant.
Pour y, tu fais pareil mais tu changes le signe du résultat.
Pour z, tu caches la troisième colonne et calcules le déterminant.
💡 À retenir : N'oublie jamais le signe (-) pour la coordonnée y.
Non, il est anticommutatif. C'est-à-dire que u∧v=−(v∧u). Si tu inverses l'ordre, tu changes le signe de toutes les composantes.
💡 À retenir : L'ordre des vecteurs est crucial.
Le produit vectoriel u∧v te donne un vecteur normal (orthogonal) au plan défini par les vecteurs u et v. C'est très utile pour trouver l'équation cartésienne d'un plan.
💡 À retenir : n=u∧v est le vecteur normal au plan.
Tu calcules le produit mixte [u,v,w]=(u∧v)⋅w.
Si le résultat est 0, ils sont coplanaires.
Si le résultat est différent de 0, ils ne le sont pas.
💡 À retenir : Le produit mixte est nul si et seulement si les vecteurs sont coplanaires.
Non, le produit vectoriel est défini uniquement dans l'espace à trois dimensions. En 2D, on utilise le déterminant pour l'aire ou la colinéarité.
💡 À retenir : Le produit vectoriel nécessite 3 composantes (x,y,z).
Soit le triangle ABC. L'aire est donnée par la formule A=21∥AB∧AC∥.
Calcule AB et AC.
Calcule le produit vectoriel w=AB∧AC.
Calcule la norme ∥w∥=x2+y2+z2.
Divise par 2.
💡 À retenir : L'aire est toujours positive.
Non, (u∧v)∧w=u∧(v∧w). Il ne faut jamais enlever les parenthèses sans calcul préalable.
💡 À retenir : Respecte toujours les parenthèses.
Non, c'est vrai seulement si u et v sont orthogonaux. En général, ∥u∧v∥=∥u∥⋅∥v∥⋅∣sin(θ)∣.
💡 À retenir : Utilise la formule avec le sinus.
Si les vecteurs directeurs u et v des deux droites vérifient u∧v=0, alors ils sont colinéaires, donc les droites sont parallèles.
💡 À retenir : u∧v=0⟺u,v colinéaires.
Le volume est exprimé en unités de volume (u.v.). Si les coordonnées sont en cm, le résultat est en cm3.
💡 À retenir : Le volume est toujours une valeur absolue.
Oui, une permutation circulaire conserve le produit mixte, mais une permutation simple change son signe.
💡 À retenir : [u,v,w]=[v,w,u]=−[v,u,w].
Exercice 1
Soient A(1,0,1), B(2,1,0) et C(0,1,2).
Calculer AB∧AC.
En déduire l'aire du triangle ABC.
Exercice 2
Soient u(1,2,3), v(0,1,1) et w(1,3,4).
Montrer que ces vecteurs sont coplanaires.
Exercice 3
Soient A(1,1,1), B(2,0,1), C(0,2,1) et D(1,1,2).
Calculer le volume du tétraèdre ABCD.