3. Équation d'un plan
Un plan $\mathcal{P}$ ayant pour vecteur normal $\vec{n}(a, b, c)$ a une équation de la forme :
$$ax + by + cz + d = 0$$
où $d$ est un réel que l'on détermine en utilisant un point appartenant au plan.
4. Équation paramétrique d'une droite
Une droite $\mathcal{D}$ passant par $A(x_A, y_A, z_A)$ et de vecteur directeur $\vec{u}(a, b, c)$ est définie par :
$$\begin{cases} x = x_A + at \ y = y_A + bt \ z = z_A + ct \end{cases} \quad (t \in \mathbb{R})$$
Méthodes à maîtriser
Montrer que trois points sont alignés : Montrer que les vecteurs $\vec{AB}$ et $\vec{AC}$ sont colinéaires (leurs coordonnées sont proportionnelles).
Trouver l'équation d'un plan : Trouver un vecteur normal $\vec{n}$ (par exemple via le produit vectoriel ou par hypothèse) et utiliser un point du plan pour trouver $d$.
Intersection droite/plan : Remplacer $x, y, z$ de l'équation de la droite dans l'équation du plan pour trouver la valeur du paramètre $t$, puis calculer les coordonnées du point.
Distance d'un point à un plan : Utiliser la formule $d(M, \mathcal{P}) = \frac{|ax_M + by_M + cz_M + d|}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}}$.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Soit $\vec{u}(2, -1, 3)$ et $\vec{v}(1, 2, 0)$. Calculer $\vec{u} \cdot \vec{v}$ et conclure sur l'orthogonalité.
Corrigé :
Puisque le produit scalaire est nul, les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont orthogonaux.
Exemple 2 : Trouver l'équation du plan $\mathcal{P}$ passant par $A(1, 0, 2)$ et de vecteur normal $\vec{n}(3, 2, -1)$.
Corrigé :
L'équation est de la forme $3x + 2y - z + d = 0$.
Comme $A \in \mathcal{P}$, on remplace : $3(1) + 2(0) - (2) + d = 0 \implies 3 - 2 + d = 0 \implies 1 + d = 0 \implies d = -1$.
L'équation est : $3x + 2y - z - 1 = 0$.
Erreurs fréquentes
Confondre vecteur directeur et vecteur normal : Le vecteur directeur définit la direction de la droite, le vecteur normal définit l'orientation du plan.
Erreur de signe dans le produit scalaire : Faire attention aux signes $-$ lors du calcul $xx' + yy' + zz'$.
Oublier le paramètre $t$ : Dans une équation paramétrique, ne pas écrire $x = x_A + at$ mais juste $x = x_A$.
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
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Quelle est la norme du vecteur $\vec{u}(3, 4, 0)$ ?
❓ Questions fréquentes
Comment prouver que deux vecteurs sont colinéaires ?
Calcule les coordonnées des deux vecteurs $\vec{u}(x, y, z)$ et $\vec{v}(x', y', z')$.
Vérifie s'il existe un réel $k$ tel que $\vec{u} = k\vec{v}$ (c'est-à-dire $\frac{x}{x'} = \frac{y}{y'} = \frac{z}{z'} = k$).
Si les rapports sont égaux, ils sont colinéaires.
💡 À retenir : La colinéarité signifie qu'ils ont la même direction.
Chno hiya l'équation dyal l'plan ?
L'équation d'un plan (équation cartésienne) hiya l'formule li fiha $x, y, z$ :
$$ax + by + cz + d = 0$$
Fin $a, b, c$ homa les coordonnées dyal l'vecteur normal $\vec{n}(a, b, c)$.
💡 À retenir : L'équation dyal l'plan dima katbda b $ax + by + cz + d = 0$.
Comment trouver le vecteur normal d'un plan ?
Si on te donne l'équation $ax + by + cz + d = 0$, le vecteur normal est directement $\vec{n}(a, b, c)$.
Si on te donne trois points $A, B, C$ du plan, calcule $\vec{AB}$ et $\vec{AC}$, puis cherche un vecteur $\vec{n}$ tel que $\vec{n} \cdot \vec{AB} = 0$ et $\vec{n} \cdot \vec{AC} = 0$.
💡 À retenir : Le vecteur normal est perpendiculaire à tous les vecteurs du plan.
Kifach n7seb l'distance bin jouj points ?
Bach t7seb l'bo3d (distance) bin $A(x_A, y_A, z_A)$ w $B(x_B, y_B, z_B)$ :
Dir l'far9 bin les coordonnées : $\Delta x = x_B - x_A$, $\Delta y = y_B - y_A$, $\Delta z = z_B - z_A$.
Comment trouver le projeté orthogonal d'un point sur un plan ?
Soit $M$ le point et $\mathcal{P}$ le plan. Soit $H$ le projeté orthogonal.
La droite $(MH)$ est perpendiculaire au plan, donc son vecteur directeur est $\vec{n}$ (vecteur normal du plan).
Écris l'équation paramétrique de la droite $(MH)$.
Trouve l'intersection de cette droite avec le plan $\mathcal{P}$. Ce point est $H$.
💡 À retenir : Le projeté est le point du plan le plus proche de $M$.
Comment calculer la norme d'un vecteur ?
Pour un vecteur $\vec{u}(x, y, z)$, la norme (longueur) est :
$$|\vec{u}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}$$
💡 À retenir : La norme est toujours un nombre réel positif.
Comment trouver l'équation d'une droite ?
Il faut un point $A(x_A, y_A, z_A)$ et un vecteur directeur $\vec{u}(a, b, c)$.
On utilise la forme paramétrique :
$$\begin{cases} x = x_A + at \ y = y_A + bt \ z = z_A + ct \end{cases}$$
💡 À retenir : On ne peut pas donner une équation "simple" comme $y=ax+b$ dans l'espace.
Comment vérifier si un point appartient à un plan ?
Prends les coordonnées du point $M(x_M, y_M, z_M)$.
Remplace $x, y, z$ dans l'équation du plan $ax+by+cz+d=0$.
Si le résultat est égal à $0$, le point appartient au plan. Sinon, il n'y appartient pas.
💡 À retenir : Vérification par substitution directe.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
Exercice 1 (Niveau Facile)
Dans l'espace muni d'un repère orthonormé $(O, \vec{i}, \vec{j}, \vec{k})$, on considère les points $A(1, 2, -1)$ et $B(3, 0, 2)$.
Calculer les coordonnées du vecteur $\vec{AB}$.
Calculer la distance $AB$.
Soit le point $C(0, 1, 1)$. Montrer que le triangle $ABC$ est rectangle en $C$.
Exercice 2 (Niveau Moyen)
Soit le plan $\mathcal{P}$ d'équation : $2x - y + 3z - 5 = 0$.
Soit la droite $\mathcal{D}$ d'équation paramétrique : $\begin{cases} x = 1 + t \ y = 2t \ z = 3 - t \end{cases}, t \in \mathbb{R}$.
Montrer que la droite $\mathcal{D}$ n'est pas parallèle au plan $\mathcal{P}$.
Déterminer les coordonnées du point d'intersection $I$ entre la droite $\mathcal{D}$ et le plan $\mathcal{P}$.
1. Coordonnées dans l'espace
Soit A(xA,yA,zA) et B(xB,yB,zB) deux points.
Le vecteur AB a pour coordonnées : ABxB−xAyB−yAzB−zA.
La distance AB est : AB=(xB−xA)2+(yB−yA)2+(zB−zA)2.
2. Produit scalaire dans l'espace
Soient u(x,y,z) et v(x′,y′,z′).
u⋅v=xx′+yy′+zz′.
u⊥v⟺u⋅v=0.
3. Équation d'un plan
Un plan P ayant pour vecteur normal n(a,b,c) a une équation de la forme :
ax+by+cz+d=0
où d est un réel que l'on détermine en utilisant un point appartenant au plan.
4. Équation paramétrique d'une droite
Une droite D passant par A(xA,yA,zA) et de vecteur directeur u(a,b,c) est définie par :
⎩⎨⎧x=xA+aty=yA+btz=zA+ct(t∈R)
Méthodes à maîtriser
Montrer que trois points sont alignés : Montrer que les vecteurs AB et AC sont colinéaires (leurs coordonnées sont proportionnelles).
Trouver l'équation d'un plan : Trouver un vecteur normal n (par exemple via le produit vectoriel ou par hypothèse) et utiliser un point du plan pour trouver d.
Intersection droite/plan : Remplacer x,y,z de l'équation de la droite dans l'équation du plan pour trouver la valeur du paramètre t, puis calculer les coordonnées du point.
Distance d'un point à un plan : Utiliser la formule d(M,P)=a2+b2+c2∣axM+byM+czM+d∣.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Soit u(2,−1,3) et v(1,2,0). Calculer u⋅v et conclure sur l'orthogonalité.
Corrigé :
u⋅v=(2)(1)+(−1)(2)+(3)(0)=2−2+0=0.
Puisque le produit scalaire est nul, les vecteurs u et v sont orthogonaux.
Exemple 2 : Trouver l'équation du plan P passant par A(1,0,2) et de vecteur normal n(3,2,−1).
Corrigé :
L'équation est de la forme 3x+2y−z+d=0.
Comme A∈P, on remplace : 3(1)+2(0)−(2)+d=0⟹3−2+d=0⟹1+d=0⟹d=−1.
L'équation est : 3x+2y−z−1=0.
Erreurs fréquentes
Confondre vecteur directeur et vecteur normal : Le vecteur directeur définit la direction de la droite, le vecteur normal définit l'orientation du plan.
Erreur de signe dans le produit scalaire : Faire attention aux signes − lors du calcul xx′+yy′+zz′.
Oublier le paramètre t : Dans une équation paramétrique, ne pas écrire x=xA+at mais juste x=xA.
Quelle est la norme du vecteur u(3,4,0) ?
7
Calcule les coordonnées des deux vecteurs u(x,y,z) et v(x′,y′,z′).
Vérifie s'il existe un réel k tel que u=kv (c'est-à-dire x′x=y′y=z′z=k).
Si les rapports sont égaux, ils sont colinéaires.
💡 À retenir : La colinéarité signifie qu'ils ont la même direction.
L'équation d'un plan (équation cartésienne) hiya l'formule li fiha x,y,z :
ax+by+cz+d=0
Fin a,b,c homa les coordonnées dyal l'vecteur normal n(a,b,c).
💡 À retenir : L'équation dyal l'plan dima katbda b ax+by+cz+d=0.
Si on te donne l'équation ax+by+cz+d=0, le vecteur normal est directement n(a,b,c).
Si on te donne trois points A,B,C du plan, calcule AB et AC, puis cherche un vecteur n tel que n⋅AB=0 et n⋅AC=0.
💡 À retenir : Le vecteur normal est perpendiculaire à tous les vecteurs du plan.
Bach t7seb l'bo3d (distance) bin A(xA,yA,zA) w B(xB,yB,zB) :
Dir l'far9 bin les coordonnées : Δx=xB−xA, Δy=yB−yA, Δz=zB−zA.
Dir l'jadr dyal l'majmo3 dyal l'morabba3at : AB=(Δx)2+(Δy)2+(Δz)2.
💡 À retenir : L'distance dima katkon ra9m moucharrak (positif).
Trouve le vecteur directeur u de la droite.
Trouve le vecteur normal n du plan.
Vérifie si u et n sont colinéaires (si u=kn).
Si ils sont colinéaires, alors la droite est perpendiculaire au plan.
💡 À retenir : Droite ⊥ Plan ⟺ Vecteur directeur ∥ Vecteur normal.
Prends l'équation paramétrique de la droite : x=xA+at,y=yA+bt,z=zA+ct.
Remplace x,y,z dans l'équation du plan ax+by+cz+d=0.
Résous l'équation pour trouver t.
Remplace t dans l'équation de la droite pour obtenir les coordonnées du point d'intersection.
💡 À retenir : L'intersection est un point unique si la droite n'est pas parallèle au plan.