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Mathématiques · 1ère Année Bac — Sciences Expérimentales

Le barycentre dans le plan

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

Soient $A$ et $B$ deux points du plan et $\alpha, \beta \in \mathbb{R}$ tels que $\alpha + \beta \neq 0$. Le barycentre $G$ du système ${(A, \alpha), (B, \beta)}$ est l'unique point vérifiant : $$\alpha \overrightarrow{GA} + \beta \overrightarrow{GB} = \overrightarrow{0}$$ Les coordonnées de $G$ sont : $x_G = \frac{\alpha x_A + \beta x_B}{\alpha + \beta}$ et $y_G = \frac{\alpha y_A + \beta y_B}{\alpha + \beta}$. Le barycentre de trois points ${(A, \alpha), (B, \beta), (C, \gamma)}$ existe si $\alpha + \beta + \gamma \neq 0$.

Méthodes à maîtriser

  1. Déterminer les coordonnées : Appliquer directement la formule des coordonnées.
  2. Démontrer l'alignement : Montrer que $C$ est le barycentre de ${(A, \alpha), (B, \beta)}$.
  3. Utiliser l'associativité : Remplacer deux points par leur barycentre partiel pour simplifier un système de trois points.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Soient $A(1, 2)$ et $B(3, 0)$. Trouver $G$ barycentre de ${(A, 1), (B, 3)}$. $x_G = \frac{1(1) + 3(3)}{1+3} = \frac{10}{4} = 2,5$. $y_G = \frac{1(2) + 3(0)}{4} = \frac{2}{4} = 0,5$. Donc $G(2,5 ; 0,5)$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier la condition $\sum \alpha_i \neq 0$.
  • Confondre le vecteur $\overrightarrow{GA}$ avec $\overrightarrow{AG}$ dans la formule.
  • Oublier de diviser par la somme des poids.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Le barycentre dans le plan

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Le barycentre de ${(A, 2), (B, 2)}$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que le barycentre change si on multiplie les poids par un même nombre ?

Non, le barycentre reste inchangé. C'est la propriété d'homogénéité. Si $G$ est le barycentre de ${(A, \alpha), (B, \beta)}$, alors pour tout réel $k \neq 0$, $G$ est aussi le barycentre de ${(A, k\alpha), (B, k\beta)}$.

💡 À retenir : On peut simplifier les poids pour faciliter les calculs.

Kifach n3ref wach had noqat mstaqimiya bla ma nrssem?

Pour montrer que $A, B$ et $C$ sont alignés, il suffit de montrer que l'un des points est le barycentre des deux autres. Par exemple, si tu trouves que $\overrightarrow{AC} = k \overrightarrow{AB}$, alors ils sont alignés.

💡 À retenir : L'alignement est lié à la colinéarité des vecteurs.

Chno hiya l-associativité f had l-bab?

L'associativité permet de remplacer deux points d'un système par leur barycentre partiel affecté de la somme de leurs poids. Si tu as ${(A, \alpha), (B, \beta), (C, \gamma)}$, tu peux remplacer ${(A, \alpha), (B, \beta)}$ par ${(G', \alpha+\beta)}$ où $G'$ est leur barycentre.

💡 À retenir : Cela simplifie les calculs pour les systèmes de 3 points ou plus.

Wach momkin ykon l-barycentre kharej l-qit3a [AB]?

Oui, tout dépend des signes des poids $\alpha$ et $\beta$. Si $\alpha$ et $\beta$ sont de même signe, $G$ est entre $A$ et $B$. S'ils sont de signes opposés, $G$ est à l'extérieur du segment $[AB]$.

💡 À retenir : Le signe des poids détermine la position relative.

Comment trouver le barycentre de trois points ?
  1. Vérifier que la somme des poids $\alpha + \beta + \gamma \neq 0$.
  2. Utiliser la formule vectorielle : $\alpha \overrightarrow{GA} + \beta \overrightarrow{GB} + \gamma \overrightarrow{GC} = \overrightarrow{0}$.
  3. Utiliser les coordonnées : $x_G = \frac{\alpha x_A + \beta x_B + \gamma x_C}{\alpha + \beta + \gamma}$ (idem pour $y_G$).

💡 À retenir : La somme des poids au dénominateur est cruciale.

Kifach n7seb l-barycentre ila kan chi poids zero?

Si un poids est nul, le point associé n'intervient pas dans le calcul du barycentre. Le barycentre du système ${(A, \alpha), (B, 0)}$ est simplement le point $A$.

💡 À retenir : Un point avec un poids nul est "invisible" pour le barycentre.

Pourquoi la somme des poids doit-elle être différente de zéro ?

Si $\alpha + \beta = 0$, l'équation $\alpha \overrightarrow{GA} + \beta \overrightarrow{GB} = \overrightarrow{0}$ devient $\alpha \overrightarrow{GA} - \alpha \overrightarrow{GB} = \overrightarrow{0}$, soit $\alpha \overrightarrow{BA} = \overrightarrow{0}$. Comme $\alpha \neq 0$, cela signifierait $\overrightarrow{BA} = \overrightarrow{0}$, donc $A=B$, ce qui est impossible pour deux points distincts.

💡 À retenir : La division par zéro est impossible en mathématiques.

Est-ce que le barycentre dépend du repère choisi ?

Non, la position du barycentre est une propriété géométrique intrinsèque. Les coordonnées changent si on change de repère, mais le point $G$ reste le même dans le plan.

💡 À retenir : Le barycentre est une notion géométrique, pas seulement analytique.

Comment montrer qu'un point M appartient à une droite définie par un barycentre ?

Si $G$ est le barycentre de ${(A, \alpha), (B, \beta)}$, alors pour tout point $M$ du plan, on a : $\alpha \overrightarrow{MA} + \beta \overrightarrow{MB} = (\alpha + \beta) \overrightarrow{MG}$.

💡 À retenir : Cette relation est très utile pour simplifier les expressions vectorielles.

Wach l-barycentre dyal 4 dyal noqat kayt7seb bhal 3?

Oui, la méthode est identique. Il suffit d'ajouter le 4ème point dans la formule : $x_G = \frac{\alpha x_A + \beta x_B + \gamma x_C + \delta x_D}{\alpha + \beta + \gamma + \delta}$.

💡 À retenir : La formule se généralise à $n$ points.

Peut-on avoir des poids négatifs ?

Oui, tant que la somme des poids n'est pas nulle. Les poids peuvent être n'importe quel nombre réel.

💡 À retenir : Les poids négatifs sont fréquents dans les problèmes de géométrie affine.

Comment construire le barycentre géométriquement ?

Pour ${(A, \alpha), (B, \beta)}$, on utilise la relation $\overrightarrow{AG} = \frac{\beta}{\alpha + \beta} \overrightarrow{AB}$. On place $G$ sur la droite $(AB)$ en respectant ce rapport.

💡 À retenir : La construction est une simple application de la relation de Chasles.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soient $A(1, 1)$ et $B(3, 5)$. Déterminer les coordonnées du barycentre $G$ du système ${(A, 1), (B, 3)}$.

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Exercice 2

Soient $A(0, 1)$, $B(2, 0)$ et $C(1, 2)$. Déterminer le barycentre $G$ du système ${(A, 1), (B, 1), (C, 2)}$.

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Exercice 3

Soit $ABC$ un triangle. Soit $G$ le barycentre de ${(A, 1), (B, 1), (C, 1)}$. Montrer que $\overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} = \overrightarrow{0}$ et interpréter géométriquement.

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