PRODUIT SCALAIRE. 1. Produit scalaire de deux vecteurs. v dans. 1) Norme d un vecteur

Documents pareils
1S Modèles de rédaction Enoncés

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Si deux droites sont parallèles à une même troisième. alors les deux droites sont parallèles entre elles. alors

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Quelques contrôle de Première S

Représentation géométrique d un nombre complexe

Séquence 10. Géométrie dans l espace. Sommaire

Angles orientés et trigonométrie

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Deux disques dans un carré

Activités numériques [13 Points]

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

CONJUGUÉ D'UN POINT PAR RAPPORT À UN TRIANGLE

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Cours de Mécanique du point matériel

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Vecteurs. I Translation. 1. Définition :

Chapitre 2 : Vecteurs

Devoir 2 avec une figure en annexe, à renvoyer complétée. Corrigés d exercices sections 3 à 6. Liste des exos recommandés :

Plan du cours : électricité 1

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Equations cartésiennes d une droite

Les Angles. I) Angles complémentaires, angles supplémentaires. 1) Angles complémentaires. 2 Angles supplémentaires. a) Définition.

5 ème Chapitre 4 Triangles

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

L ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (A.C.P.) Pierre-Louis GONZALEZ

I. Polynômes de Tchebychev

Mathématiques Algèbre et géométrie

Exo7. Matrice d une application linéaire. Corrections d Arnaud Bodin.

L ALGORITHMIQUE. Algorithme

Livret de liaison Seconde - Première S

Cours de mathématiques

Dérivation : cours. Dérivation dans R

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Limites finies en un point

6. Les différents types de démonstrations

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Chapitre 2. Matrices

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Structures algébriques

Exercices de géométrie

Probabilités sur un univers fini

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Mesure d angles et trigonométrie

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

OLYMPIADES ACADÉMIQUES DE MATHÉMATIQUES

Capes Première épreuve

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Nombres complexes. cours, exercices corrigés, programmation

Mais comment on fait pour...

Problème 1 : applications du plan affine

= 1 si n = m& où n et m sont souvent des indices entiers, par exemple, n, m = 0, 1, 2, 3, 4... En fait,! n m

Géométrie dans l espace

Chapitre 5 : Le travail d une force :

L AIDE AUX ATELIERS D ARTISTES :

Séquence 2. Repérage dans le plan Équations de droites. Sommaire

Introduction. Mathématiques Quantiques Discrètes

OLYMPIADES ACADEMIQUES DE MATHEMATIQUES. 15 mars 2006 CLASSE DE PREMIERE ES, GMF

Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

3 ème 2 DÉVELOPPEMENT FACTORISATIONS ET IDENTITÉS REMARQUABLES 1/5 1 - Développements

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

Corrigés Exercices Page 1

Du Premier au Second Degré

CHAPITRE 10. Jacobien, changement de coordonnées.

Durée de L épreuve : 2 heures. Barème : Exercice n 4 : 1 ) 1 point 2 ) 2 points 3 ) 1 point

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

Si un quadrilatère a. Si un quadrilatère a. Si un quadrilatère a. Si un quadrilatère a. ses côtés opposés. ses côtés opposés de. deux côtés opposés

Eté LIVRET de RÉVISIONS en MATHÉMATIQUES

Un K-espace vectoriel est un ensemble non vide E muni : d une loi de composition interne, c est-à-dire d une application de E E dans E : E E E

4. NOMBRES COMPLEXES ET TRIGONOMÉTRIE

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

Formes quadratiques. 1 Formes quadratiques et formes polaires associées. Imen BHOURI. 1.1 Définitions

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Sommaire de la séquence 10

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

1 Complément sur la projection du nuage des individus

Transcription:

PRODUIT SCALAIRE Cours Première S Hermann Grassmann (1809 1877) Au XIX e siècle, le mathématicien allemand Grassmann étudiant le phénomène des marées, développe le calcul vectoriel et définit le produit scalaire qu il appelle produit linéaire : «Il s agit du produit algébrique d un vecteur multiplié par la projection du second vecteur sur le premier». C est William Hamilton (1805 1865), mathématicien et astronome irlandais, qui le nomme produit scalaire en 1853 car le résultat du produit scalaire de deux vecteurs est un réel (scalaire vient du latin scala qui signifie mesure). 1. Produit scalaire de deux vecteurs 1) Norme d un vecteur Définition 1 : Soient un vecteur u et deux points A et B tels que La norme du vecteur u, notée u, est la distance AB. u = AB. Ce n est pas une ) Définition multiplication Définition : Soit u et v deux vecteurs non nuls du plan. Le produit scalaire de u par v, noté uiv, est le nombre réel défini par : 1 = uiv + u v u v. ) Autres expressions du produit scalaire Définitions : Soit u et v deux vecteurs non nuls du plan. Le produit scalaire de u par v est le nombre réel défini aussi par : - uiv = xx + yy où ( x ; y ) et ( x ; y ) sont les coordonnées respectives de u et de un repère orthonormal quelconque. - Soit A, B et C trois points du plan tels que A B = u et AC = v. uiv = ABiAC = AB AC cos ( BAC). = u v cos u, v - v dans Le produit scalaire de deux vecteurs est un réel 1

Démonstrations de l égalité de ces quatre expressions : Égalité entre les deux premières expressions : u + v a pour coordonnées ( x + x ; y + y ), donc u + v = x + x + y + y = x + xx + x + y + yy + y ; on en déduit que : 1 1 u + v u v = ( ) x + xx + x + y + yy + y x + y x + y 1 c est-à-dire + u v u v = xx +yy. Égalité entre les deuxième et troisième expressions : A ; i, j el que i et AB soient colinéaires et de même Choisissons un repère orthonormal sens. On note ( x ; y ) et ( x ; y ) les coordonnées respectivement de AB et AC dans ce repère. On a alors : x = AB, y = 0, x = AC cos( BAC ) et y = AC sin( BAC ). C Ainsi xx + yy A H B = AB AC cos ( BAC ) + 0 AC sin ( BAC ) = AB AC cos( BAC ). 3) Applications a) Application 1 Soit A ( ; 3), B (-1 ; 4) et C (- ; 1) trois points du plan muni d un repère orthonormal. Calculer AB BC. AB BC = 1 + 1 + 4 3 1 4 = 3 + 3 = 0. b) Application Soit ABC un triangle équilatéral tel que AB = 3 (dans l unité de longueur choisie). Déterminer AB iac et AB ice. π 9 ABi AC = AB AC cos( BAC) = 3 3 cos = 3 4) Remarques Signe du produit scalaire : On déduit facilement le signe du produit scalaire AB AC suivant la nature de l angle BAC. En effet, les normes des deux vecteurs AB et AC sont positives. On en déduit donc que AB AC est du signe de cos BAC. - si 0 BAC π <, cos BAC > 0 et AB AC > 0.

- si BAC π =, cos BAC = 0 et AB AC = 0. π - si < BAC π, cos( BAC ) < 0 et AB AC < 0. Le produit scalaire de deux vecteurs dépend de leurs normes : Le cosinus d un angle est un réel compris entre 1 et 1. On a donc : u v uiv u v. Produit scalaire de deux vecteurs colinéaires : - Si et On en déduit que : uiv = u v. - Si et On en déduit que : uiv = u v. u v sont colinéaires et de même sens, alors ( u, v ) = 0 et cos u, v = 1. u v sont colinéaires et de sens contraire, alors ( u, v ) = π et cos u, v = 1.. Propriétés 1) Opérations vectorielles Propriétés 1 : Soient u, v et w trois vecteurs non nuls du plan, et k un réel, on a : Symétrie : uiv = viu. Linéarité : ui( v + w) = uiv + uiw, ( u + v) iw = uiw + viw, ( ku) iv = k( uiv ) et ik = k i u v u v. Démonstration : On se place dans un repère orthonormal (seulement utile pour la démonstration) et on note ( x ; y ), ( x ; y ) et ( x ; y ) les coordonnées respectives de u, v et w. ui v + w = uiv + uiw ; les autres égalités se montrent de la même Montrons l égalité façon. v + w a pour coordonnées ( x + x ; y + y ). i + = x x + x + y y + y = xx + yy + xx + yy = i + i u v u v u w. Donc ( w) Remarque : D après la définition, 1 1 1 = + = = + ui v u v u v u v u v u v u v 1 Or ui( v) = uiv ; d où = uiv + u v u v. On en déduit alors : Propriété : Soit u et v deux vecteurs non nuls du plan. Le produit scalaire de u par v, noté uiv, est le nombre réel défini par : 1 uiv = + u v u v. Conséquence : Soit A et B deux points du plan tels que AB = u et AC = v. Alors u v = AB AC = AB + CA = CB. 3

D après la propriété, on en déduit que 1 1 AB AC i = AB + AC CB = AB + AC BC i. 1 Propriété 3 : Soient A, B et C trois points du plan. AB AC = ( AB + AC BC ) Exemple : Calculer CG icf. 1 1 CGi CF = ( CG + CF GF ) = ( 6 + 7 3 ) = 38 ) Carré scalaire et norme Définition 3 : Pour tout vecteur u du plan, le produit scalaire de u par lui même, appelé carré scalaire de u. On le note u. On a : u = uiu = u u = u. Ce qui donne, pour deux points A et B du plan : AB = AB = AB. uiu est Remarques : u est unitaire si, et seulement si, u = 1. Après quelques calculs, on retrouve des produits scalaires remarquables : + = + + i = + i u + v u v = u v. ( u v) u v u v ; u v u v u v ; Attention! : Il y a des ressemblances évidentes entre les règles de calcul du produit scalaire et celles sur les réels, mais il ne faut pas généraliser. En effet, on peut avoir uiv = 0 avec u 0 et v 0. D autre part, uiv = uiw n implique pas v = w. 3. Produit scalaire et orthogonalité 1) Vecteurs orthogonaux Définition 4 : Deux vecteurs u et v sont orthogonaux lorsque ( u, v) = + kπ ( k Z) Propriété 4 : u et v sont orthogonaux si, et seulement si, uiv = 0. Démonstration : Si u = 0 ou v = 0, le résultat est évident. Supposons 0 et 0 i = cos, u v. On a : u v u v ( u v ) u v = u v cos ( u, v ) π. π u v = u v = u v = + k k u v. On en déduit que : i 0 c os (, ) 0 (, ) π ( Z) ) Application 4

Soit ABCD un parallélogramme. Montrer que ABCD est un losange si, et seulement si, ses diagonales sont perpendiculaires. A D B C Posons u = AB et v = AD. ACiDB = u + v u v = u v = AB AD. Alors : D où ABCD est un losange si, et seulement si, AB = AD, c est-à-dire si, et seulement si, ACi DB = 0 ; ce qui équivaut à AC DB. 3) Projection orthogonale Définition 5 : Soient d une droite et M un point du plan. On appelle projeté orthogonal du point M sur la droite d l unique point d intersection H de la droite d et de la perpendiculaire à d passant par le point M. Propriété 5 : Soit u et v deux vecteurs non nuls du plan tels que Soit H le projeté orthogonal du point B sur la droite ( OA ). Alors uiv = OAiOB = OAiOH. u = OA et v = OB. Démonstration : OAiOB = OAi( OH + HB) = OAiOH + OAi HB. Or les vecteurs OA et HB sont orthogonaux ; d où OA i HB = 0. Par conséquent, OAiOB = OAi OH. Remarque : OAi OB = OA OH OAi OB = OA OH 5

Exemple : Soit ABCD un carré de côté c. Soit I le milieu du segment [ AB ]. Déterminer AB iac, IB iid et AB iad. Comme B est le projeté orthogonal de C sur la droite AB, alors ABiAC = ABiAB = AB = c. Comme A est le projeté orthogonal de D sur la droite c c c ( I B), alors I BiI D = I BiI A = I B I A = =. 4 Comme AB et AD sont orthogonaux, alors AB i AD = 0. 6