VECTEURS. Ph DEPRESLE. 10 janvier Notion de vecteur Vecteur et translation Vecteur égaux Vecteur nul...

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1 VECTEURS Ph DEPRESLE 10 janvier 017 Table des matières 1 Notion de vecteur 1.1 Vecteur et translation Vecteur égaux Vecteur nul Coordonnées d un vecteur dans un repère du plan.1 Repère du plan Coordonnées d un vecteur Somme de deux vecteurs 3 4 Produit d un vecteur par un réel et colinéarité 4 5 Compléments Caractérisation du milieu d un segment Norme d un vecteur dans un repère orthonormal Les exercices 8 7 Les exercices corrigés 10 1

2 Chapitre : Vecteurs 1 Notion de vecteur 1.1 Vecteur et translation Définition 1. Soient et B deux points du plan. La translation qui transforme en B associe à tout point C du plan le point D tel que les segments [D] et [BC ] ont le même milieu. On dit que D est l image de C par la translation de vecteur B. 1. Vecteur égaux Définition. Soit, B,C, D quatre points du plan. Dire que les deux vecteurs B et C # D sont égaux signifie qu ils sont associés à la même translation, donc que les segments [D] et [BC ] ont le même milieu. B D C Propriétés 1. Soit, B,C, D quatre points du plan. Les vecteurs B et C # D sont égaux si et seulement si le quadrilatère BDC est un parallélogramme (éventuellement aplati). Propriétés. Soit # u un vecteur. Pour tout point M du plan, il existe un point unique M tel que OM = # u. M est l image de O par la translation de vecteur # u. 1.3 Vecteur nul Définition 3. Lorsque les points et B sont confondus, on dit que le vecteur B est le vecteur nul et on note # 0 ce vecteur. Coordonnées d un vecteur dans un repère du plan.1 Repère du plan Soit (O, I, J) un repère du plan. Posons # i = OI et # j = O J. Ce repère se note également (O; # ı, # j ). Coordonnées d un vecteur Définition 4. Soit (O; # ı, # j ) un repère du plan, # u un vecteur du plan et M l unique point tel que OM = # u. Les coordonnées de # u dans un repère (O; # ı, # j ) sont les coordonnées de M dans ce repère. Notes de cours: Ph DEPRESLE Page sur 1

3 Chapitre : Vecteurs j j u M O x i i x Exemple : Représenter le vecteur # ( u 3 ) u j + O u i u -3 Propriétés 3. Soient # u et # v deux vecteurs de coordonnées respectives # u repère (O; # i, # j ). # u = # v équivaut à { x= x =. ( x ) et # ( x v ) dans un Propriétés 4. Soit un plan muni d un repère (O; # i, # j ), soient (x, ) et B(x B, B ), deux points du plan. Les coordonnées du vecteur B ( ) xb x sont B Exemple : Soient (; 5) et B( 3;3) deux points d un repère (O; i, j ), Le vecteur B a pour coordonnées # ( ) 5 u. 8 3 Somme de deux vecteurs Définition 5. Soit # u et # v deux vecteurs du plan. On appelle somme des vecteurs # u et # v le vecteur noté # u+ # v, le vecteur associé à la translation résultant de la succession des translations de vecteurs # u et # v. Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 3 sur 1

4 Chapitre : Vecteurs Relation de Chasles. Pour tous les points,b et C du plan : B+ BC = C # u # B v C # u + # v Règle du parallélogramme. Pour tous points, B,C, D du plan : B+ C = D si et seulement si BDC est un parallélogramme. Propriétés 5. Pour tous les vecteurs # u, # v et w # du plan : # u + ( # v + # w)=( # u + # v )+ # w # u + # v = # v + # u # u + # 0 = # 0 + # u = # u Il existe un unique vecteur noté # u (opposé de # u ) tel que # u + ( # u )=( # u )+ # u = # 0. L opposé du vecteur B est B #. Propriétés 6. Soient # u et # v deux vecteurs de coordonnées respectives # ( ) x u et # ( x v repère (O; i, j ), lors le vecteur # u + # ( x+ x v a pour coordonnées + ). ) dans un 4 Produit d un vecteur par un réel et colinéarité # u 3 # u Définition 6. Soit (O, I, J) un repère du plan, # ( ) x u un vecteur et k un nombre réel. Le vecteur k # ( ) k x u est le vecteur de coordonnées dans le repère (O, I, J). k On admet que le vecteur ainsi défini est indépendant du choix du repère. Remarque : Pour tout vecteur # u, ( 1) # u = # u. Propriétés 7. Pour tous vecteurs # u, # v du plan, et tous nombres réels k,k : Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 4 sur 1

5 Chapitre : Vecteurs k( # u + # v )=k # u + k # v. (k+ k ) # u = k # u + k # u. k(k # u )=(kk ) # u 1 # u = # u k # u = # 0 k = 0 ou # u = # 0 Définition 7. Vecteurs colinéaires Soient # u et # v deux vecteurs du plan. On dit que les vecteurs # u et # v sont colinéaires si l un des deux vecteurs est nul, ou s il existe un réel k tel que # v = k # u. u v v = 3 u u et v sont colinéaires Propriétés 8. Soient quatre points du plan tels que B et C D. Les droites (B) et (C D) sont parallèles si et seulement si les vecteurs B et C # D sont colinéaires. Les points,b,c sont alignés si et seulement si les vecteurs B et C sont colinéaires. Propriétés 9. Critère de colinéarité Dans un repère : Les vecteurs # ( ) x u et # ( x ) v sont colinéaires si et seulement si x x = 0. Démonstration Si l un des vecteurs est nul, # u par exemple alors x= 0 et = 0 donc x x = 0. Soient # u et # v deux vecteurs non nuls, # u et # v sont colinéaires s il existe un réel k tel que # u = k # v. On a donc # ( ) x u et k # ( ) k x u soit x = k x et = k k x x alors est un tableau de proportionnalité et par conséquent x x = 0. Exemple : Démontrer que les points ( 3; ) B(3;1) et D(5,) sont alignés. D après l exemple précèdent on a : B ( ) 6 et ( ) 8 D 3 4 Comme = 0, les vecteurs B et D sont colinéaires donc les points ( 3; ),B(3;1) et D(5, ) sont alignés. Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 5 sur 1

6 Chapitre : Vecteurs 5 Compléments 5.1 Caractérisation du milieu d un segment Propriétés 10. Soit [B] un segment. Le point I est le milieu du segment [B] si et seulement si I + I # B = # 0 ce qui équivaut à I # B = 1 B. I I I B B M Propriétés 11. Pour tout point M du plan on a : M # + MB = M I où I est le milieu du segment [B]. Remarque : M I est porté par la diagonale du parallélogramme de centre I formé à partir de M # et MB. I M I B Démonstration M + MB = ( M I + I # )+( M I + I # B)= M I + I # + I # B = M I + # 0 = M I Remarque : Si (x, ) et B(x B, B ) sont les coordonnées des points et B alors les coordonnées de I sont ( x + x B, + B ). 5. Norme d un vecteur dans un repère orthonormal j j j O i x O x O i i x Repère quelconque Repère orthogonal Repère orthonormal Soit un repère orthonormal (O; # ı, # j ) Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 6 sur 1

7 Chapitre : Vecteurs Définition 8. Soit # u un vecteur, et B deux points du plan tels que B = # u. On appelle norme du vecteur # u, que l on note # u, la longueur du segment [B] : # u = B Propriétés 1. # u =0 si et seulement si # u = # 0. Pour tout vecteur # u et tout réel k, on a k # u = k # u. Si # ( ) x u alors # u = x + B = (x B x ) + ( B ). Démonstration Soit un point du plan, # 0 = # donc # 0 = = 0 Soit M un point du plan tel que OM = # u, # u = OM = x + u O = x ( ) j xb x M = et donc B B = i x (x B x ) + ( B ) O donc OM = x + (Pthagore) Exemple : On donne ( ;),B(1;4) et C (3;1). Quelle est la nature du triangle BC? On a vu que B B = B 1 3 C M On ( a : ) ( ) 1 ( ) 3 B B 4 soit B = B = 3 + = ( ) ( ) 13 3 ( ) 5 C C 1 1 soit C = BC ( C = 5 + ( 1) = ) ( ) 6 BC 3 soit BC = BC = + ( 3) = 13 Le triangle est isocèle en B ( B = BC ) et d après la réciproque de Pthagore, il est rectangle en B. (C = B + BC ) En conclusion le triangle BC est rectangle isocèle en B. Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 7 sur 1

8 Chapitre : Vecteurs 6 Les exercices 1. On considère un triangle BC. Soit M le point du plan tel que M # + 3 MB MC = # 0 (a) Exprimer le vecteur M en fonction des vecteurs B et C. (b) Construire le point M dans la figure ci-dessous. B C. (a) Sur le dessin ci-dessous, placer les points M et N tels que M = B+ C et M N = B C. C B (b) Montrer que B est le milieu du segment [N ]. 3. Dans le plan muni d un repère (O; # ı, # j ) on donne les points ( 1;1), B(;1) et C ( ;3) (a) Déterminer les coordonnées du point M tel que M = BC. (b) Déterminer les coordonnées du point P tel que B # + BC+ 3 BP = # 0. (c) Les points B, M et P sont-ils alignés? Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 8 sur 1

9 Chapitre : Vecteurs 4. QCM Questions Réponses 1. Si # 7 u = # v alors les vecteurs # u et # égaux u sont colinéaires quelconques. Deux vecteurs colinéaires ont des directions différentes même sens même direction 3. Si (; 1) et B( ;1) alors B ( ) 0 0 B ( ) 4 B ( ) 4 4. Si M est le milieu de [B] alors M # = MB M # = MB - M # = B # M 5. Si R T P est un parallélogramme alors T # = PR P= T # R R # = T # P Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 9 sur 1

10 Chapitre : Vecteurs 7 Les exercices corrigés 1. (a) Soit M le point du plan tel que M # + 3 MB MC = # 0. On utilise la relation de Chasles et on a : M + 3( M # + B) ( M # + C )= # 0 M + 3 M # + 3 B M # C = # 0 M # + 3 B C = # 0 Soit M # = C 3 B et enfin M = 3 B C. (b) On obtient : M B C. (a) Pour le point M as de problème c est une somme de deux vecteurs. Pour le point N On transforme M # N en écrivant : M N = B+ C # = C # + B = C # B On obtient : C M B+ C B N (b) M = B+ C donc C MB est un parallélogramme et donc B = C # M. M N = C # B donc C M N B est un parallélogramme et donc B # N = C # M. On a B = C # M et B # N = C # M soit B = B # N. Ce qui prouve que B est le milieu de [N ]. 3. Dans le plan muni d un repère (O; # ı, # j ) on donne les points ( 1;1), B(;1) et C ( ;3) (a) BC ( ) 4 et donc ( ) 8 BC. 4 Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 10 sur 1

11 Chapitre : Vecteurs Soit M(x; ) l égalité M = BC permet d écrire : { { x+ 1= 8 x= 9 soit et on a donc M( 9;5). 1=4 = 5 (b) pour déterminer les coordonnées du point P tel que B # + BC + 3 BP = # 0 on calcule les coordonnées des vecteurs B # et BC puis on résout le sstème : (x )=0 x= soit 3 ( 1)=0 = 5. 3 (c) On a B # M ( ) 11 et BP La condition de colinéarité est vérifiée ( = 0) Donc les points B, M et P sont alignés. 5 4 C 3 v u 1 B P 4. QCM Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 11 sur 1

12 Chapitre : Vecteurs Questions Réponses 1. Si # 7 u = # v alors les vecteurs # u et # égaux u sont colinéaires quelconques. Deux vecteurs colinéaires ont des directions différentes même sens même direction 3. Si (; 1) et B( ;1) alors B ( ) 0 0 B ( ) 4 B ( ) 4 4. Si M est le milieu de [B] alors M # = MB M # = MB - M # = B # M 5. Si R T P est un parallélogramme alors T # = PR P= T # R R # = T # P Notes de cours: Ph DEPRESLE Page 1 sur 1