Vecteurs, cours pour la classe de seconde

Transcription

1 F.Gaudon 24 janvier 2010 Table des matières 1 Notions de translation et de vecteurs 2 2 Coordonnées de vecteurs 3 3 Somme de vecteurs Relation de Chasles Différence de deux vecteurs Coordonnées de sommes de vecteurs

2 1 Notions de translation et de vecteurs Soient A et B deux points du plan. Á tout point M du plan, on associe l unique point M tel que [AM ] et [BM] ont le même milieu. On dit que M est l image de M par la translation de vecteur AB. Propriété et définition : M est l image de M par la translation de vecteur AB si et seulement si ABM M est un parallélogramme (éventuellement aplati). On dit alors que MM et AB sont deux vecteurs égaux et on note AB = MM. On pourra noter aussi u tout vecteur tel que u = AB = MM. Immédiat : on sait que ABM M est un parallélogramme si et seulement si ses diagonales [AM ] et [BM] ont le même milieu. Remarque : Deux vecteurs AB et A B sont donc égaux si et seulement si les trois conditions suivantes sont vraies : les droites (AB) et (A B ) sont parallèles : on dit qu elles ont la même direction ; le sens de A vers B est le même que de A vers B ; les segments [AB] et [A B ] ont même longueur : on dit qu ils ont la même norme. Soit A et B deux points du plan. On appelle : vecteur opposé au vecteur AB le vecteur BA. On note AB = BA. vecteur nul, le vecteur AA ou BB. On note AA = BB = 0. http: // mathsfg. net. free. fr 2

3 2 Coordonnées de vecteurs Soit (O; I; J) un repère du plan. Soit u un vecteurs. On appelle coordonnées du vecteur u dans le repère (O; I; J), les coordonnées de l unique point M tel que OM = u. Exemple : Sur la figure ci-dessus, A a pour coordonnées (1; 3) et B a pour coordonnées (5; 5). ( Les coordonnées ) du point M tel que OM = AB sont (4; 2). Les coordonnées du vecteur AB 4 sont donc 2 Remarque : Les coordonnées de vecteurs peuvent être notées verticalement pour éviter les confusion avec les coordonnées de points. Propriété : Deux vecteurs u et v sont égaux si et seulement si ils ont les mêmes coordonnées dans un repère. Soient A et B deux points tels que AB = u et C et D deux points tels que CD = v. Soit M le point tel que OM = AB et N le point tel que ON = CD. Alors u = v si et seulement si AB = CD c est à dire OM = ON = AB c est à dire encore M et N sont confondus ce qui signifie qu(ils ont les mêmes coordonnées dans le repère (O; I; J). Propriété : Soient A et B deux points de coordonnées (x A ; y A () et (x B ; y B ) dans un repère (O; i; j). Alors les coordonnées de AB xb x sont A. y B y A ) http: // mathsfg. net. free. fr 3

4 Exemple : Soient A, B et C les points de coordonnées respectives ( 2; 3), (2; 1) et (1; 4) dans un repère du plan. Cherchons les coordonnées du point D tel que ABCD est un parallélogramme. ABCD est un ( ) AB xb x a pour coordonnées A c est à dire y B ) y A. Les deux vecteurs parallélogramme si et seulement si AB = DC. Or ( ) ( ) ( 2 ( 2) 4 donc. Le vecteur 1 xd DC a lui pour coordonnées y D sont égaux si et seulement si leurs coordonnées sont égales c est à dire 4 = 1 x S et 2 = 4 y D d où x D = 1 4 et y D = donc x D = 3 et y D = 6. D a donc pour coordonnées ( 3; 6). Algorithmique : Algorithme de calcul des coordonnées (x AB ; y AB ) du vecteur pour coordonnées (x A ; y A ) et (x B ; y B ) : Entrées : x A, y A, x B, y B ; Début traitement x AB prend la valeur x B x A ; y AB prend la valeur y B y A ; Fin traitement. Sorties : x AB, y AB. AB dont les extrémités A et B ont Algorithme de test de l égalité de deux vecteurs u 1 et u 2 dont les coordonnées (x 1, y 1 ) et (x 2 ; y 2 ) sont données : Entrées : x 1, y 1, x 2, y 2 ; Début traitement si (x 1 = x 2 ) et (y 1 = y 2 ) alors Afficher vecteurs égaux ; sinon Afficher vecteurs pas égaux ; fin Fin traitement. http: // mathsfg. net. free. fr 4

5 3 Somme de vecteurs 3.1 Relation de Chasles Soient u et v deux vecteurs et A, B et C trois points tels que u = AB et v = BC. La somme des vecteurs u et v, notée u + v, est le vecteur AC. Propriété (relation de CHASLES) : Pour tous les points A, B et C on a donc AB + BC = AC. Règle du parallélogramme : Soient A, B, C et D quatre points non alignés. seulement si ABDC est un parallélogramme. AB + AC = AD si et Si ABDC est un parallélogramme, alors AC = BD donc AB + AC = AB + BD = AD d après la relation de Chasles. Si AB + AC = AD, on a BA + AB + AC = BA + AD en ajoutant BA dans les deux membres donc AC = BA + AD et d après la relation de Chasles, AC = BD ce qui signifie que ABDC est un parallélogramme. http: // mathsfg. net. free. fr 5

6 3.2 Différence de deux vecteurs Soient u, v deux vecteurs. On appelle différence du vecteur u par le vecteur v le vecteur noté u v égale à u + ( v). 3.3 Coordonnées de sommes de vecteurs Propriétés : Soit (O; i; j) un repère du plan. On considère deux vecteurs u et v de coordonnées (x; y) et (x ; y ( ). ) x u a pour coordonnées ( y ) x + x u + v a pour coordonnées y + y ; ( ) soient A et B sont deux points tels que u = AB. xb x Les coordonnées de u sont donc A. ( ) y B y A Or BA xa x = u et a pour coordonnées B qui sont opposées à celles de u ; y A y B Soient A, B et C trois points tels que u = AB et v = BC. D après la relation de Chasles on peut écrire que u + v = AB + BC = AC. Or les alscisses de AB et BC sont respectivement xb x A et x C x B. Leur somme est x B x A + x C x B = x C x A qui est l abscisse de AC. De même pour les ordonnées. http: // mathsfg. net. free. fr 6

7 Exemple : Soient A, B et C trois points ( ) du plan de coordonnées respectives ( 3; ( 1), (1, ) 4) et (2; 3). Alors le vecteur AB 2 a pour coordonnées, le vecteur BC 3 a pour coordonnées. On peut vérifier que AC 3 1 a ( ) ( ) pour coordonnées soit http: // mathsfg. net. free. fr 7