Source Latex: Cours de mathématiques, Produit scalaire
Première STI2D
Produit scalaire
Cours de mathématiques 1ère STI2D - produit scalaire- Fichier
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- Description
- Cours de mathématiques 1ère STI2D - produit scalaire
- Niveau
- Première STI2D
- Table des matières
- Expressions du produit scalaire
- Définition
- Propriétés du produit scalaire
- Projection orthogonale
- Expression du produit scalaire à l'aide des normes uniquement
- Produit scalaire et coordonnées
- Décomposition d'un vecteur sur deux axes orthogonaux
- Exercices
- Expressions du produit scalaire
- Mots clé
- produit scalaire, vecteurs, géométrie, cours de mathématiques, maths, première, 1ère, STI2D
- Voir aussi:
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\documentclass[12pt]{article} %\usepackage{french} \usepackage{amsfonts}\usepackage{amssymb} \usepackage[french]{babel} \usepackage{amsmath} \usepackage[latin1]{inputenc} \usepackage{a4wide} \usepackage{graphicx} \usepackage{epsf} \usepackage{calc} \usepackage{enumerate} \usepackage{array} %\usepackage{pst-plot,pst-text,pst-tree} \usepackage{pst-all} \usepackage{pstricks-add} \usepackage{hyperref} \hypersetup{ pdfauthor={Yoann Morel}, pdfsubject={Cours math�matiques: produit scalaire}, pdftitle={Produit scalaire}, pdfkeywords={Math�matiques, 1STI, 1STI2D, premi�re, STI, STI2D, produit scalaire} } \hypersetup{ colorlinks = true, linkcolor = red, anchorcolor = red, citecolor = blue, filecolor = red, pagecolor = red, urlcolor = red } \voffset=-2.2cm % Raccourcis diverses: \newcommand{\nwc}{\newcommand} \nwc{\dsp}{\displaystyle} \nwc{\ct}{\centerline} \nwc{\bge}{\begin{equation}}\nwc{\ene}{\end{equation}} \nwc{\bgar}{\begin{array}}\nwc{\enar}{\end{array}} \nwc{\bgit}{\begin{itemize}}\nwc{\enit}{\end{itemize}} \nwc{\bgen}{\begin{enumerate}}\nwc{\enen}{\end{enumerate}} \nwc{\la}{\left\{}\nwc{\ra}{\right\}} \nwc{\lp}{\left(}\nwc{\rp}{\right)} \nwc{\lb}{\left[}\nwc{\rb}{\right]} \nwc{\bgsk}{\bigskip} \nwc{\vsp}{\vspace{0.1cm}} \nwc{\vspd}{\vspace{0.2cm}} \nwc{\vspt}{\vspace{0.3cm}} \nwc{\vspq}{\vspace{0.4cm}} \def\N{{\rm I\kern-.1567em N}} % Doppel-N \def\D{{\rm I\kern-.1567em D}} % Doppel-N \def\No{\N_0} % Doppel-N unten 0 \def\R{{\rm I\kern-.1567em R}} % Doppel R \def\C{{\rm C\kern-4.7pt % Doppel C \vrule height 7.7pt width 0.4pt depth -0.5pt \phantom {.}}} \def\Q{\mathbb{Q}} \def\Z{{\sf Z\kern-4.5pt Z}} % Doppel Z \renewcommand{\Re}{\mathcal{R}e} \renewcommand{\Im}{\mathcal{I}\!m} \def\epsi{\varepsilon} \def\lbd{\lambda} \def\tht{\theta} \def\Cf{\mathcal{C}_f} \nwc{\tm}{\times} \nwc{\V}[1]{\overrightarrow{#1}} \nwc{\zb}{\mbox{$0\hspace{-0.67em}\mid$}} \nwc{\db}{\mbox{$\hspace{0.1em}|\hspace{-0.67em}\mid$}} \nwc{\ul}[1]{\underline{#1}} \newcounter{nex}%[section] \setcounter{nex}{0} \newenvironment{EX}{% \stepcounter{nex} \bgsk{\noindent {\bf Exercice }\arabic{nex}}\hspace{0.2cm}% %\nopagebreak% }{} \nwc{\bgex}{\begin{EX}}\nwc{\enex}{\end{EX}} \nwc{\bgfg}{\begin{figure}}\nwc{\enfg}{\end{figure}} \nwc{\epsx}{\epsfxsize}\nwc{\epsy}{\epsfysize} \nwc{\bgmp}{\begin{minipage}}\nwc{\enmp}{\end{minipage}} \nwc{\limcdt}[4]{ $\dsp \lim_{\bgar{ll}\scriptstyle{#1}\vspace{-0.2cm}\\\scriptstyle{#2}\enar} {#3}={#4}$ } \nwc{\tq}{\ \mbox{\bf\Large /}\ } \headheight=0cm \textheight=26.8cm \topmargin=-1.8cm \footskip=1.cm \textwidth=18cm \oddsidemargin=-1cm \parindent=0.2cm \newlength{\ProgIndent} \setlength{\ProgIndent}{0.3cm} \setlength{\unitlength}{1cm} \newcounter{ntheo} \setcounter{ntheo}{1} \newlength{\ltheo} \nwc{\bgth}[1]{ \settowidth{\ltheo}{Th�or�me \arabic{ntheo}} \noindent \paragraph{Th�or�me}% \arabic{ntheo}} \hspace{-0.5em}%\hspace{-0.4cm} \bgmp[t]{\textwidth-\ltheo-0.5em}{\it #1}\enmp \stepcounter{ntheo} } \newcounter{nprop} \setcounter{nprop}{1} \newlength{\lprop} \nwc{\bgprop}[1]{ \settowidth{\lprop}{Propri�t� \arabic{nprop}} \noindent \paragraph{Propri�t�}% \arabic{ntheo}} \hspace{-0.5em}%\hspace{-0.4cm} \bgmp[t]{\textwidth-\lprop-0.5em}{\it #1}\enmp \stepcounter{nprop} } \newlength{\lprops} \nwc{\bgprops}[1]{ \settowidth{\lprops}{Propri�t�s \arabic{nprop}} \noindent \paragraph{Propri�t�s}% \arabic{ntheo}} \hspace{-0.5em}%\hspace{-0.4cm} \bgmp[t]{\textwidth-\lprop-0.5em}{\it #1}\enmp \stepcounter{nprop} } \nwc{\bgcorol}[1]{ \settowidth{\ltheo}{Corollaire \arabic{ntheo}} \noindent \paragraph{Corollaire}% \arabic{ntheo}} \hspace{-0.5em}%\hspace{-0.4cm} \bgmp[t]{\textwidth-\ltheo-0.5em}{\it #1}\enmp } \newcounter{ndef} \setcounter{ndef}{1} \newlength{\ldef} \nwc{\bgdef}[1]{ \settowidth{\ldef}{D�finition \arabic{ndef}} \noindent \paragraph{D�finition}% \arabic{ndef}} \hspace{-0.5em}%\hspace{-0.4cm} \bgmp[t]{\textwidth-\ldef-0.5em}{\it #1}\enmp \stepcounter{ntheo} } \nwc{\bgproof}[1]{ \vspq\noindent \ul{D�monstration:} #1 \hfill$\square$ } % "Cadre" type Objectifs.... \nwc{\ObjTitle}{D�finition\!\!:\ \ } \newlength{\lgObjTitle} \newlength{\hgObj} \newlength{\hgObjTitle}\settoheight{\hgObjTitle}{\ObjTitle} \newcommand{\Obj}[1]{% \begin{flushright}% \settowidth{\lgObjTitle}{\ObjTitle} \settototalheight{\hgObj}{\phantom{\bgmp{16.4cm}{\bf\emph{\ObjTitle}}#1\enmp}} \bgmp{17.1cm} \psline(-1ex,-\hgObj)(-1ex,-1.5\hgObjTitle)(\lgObjTitle,-1.5\hgObjTitle)\par \bgmp{17.cm}{\bf\emph{\ObjTitle}}#1\enmp \enmp \end{flushright} } \renewcommand\thesection{\Roman{section}\ \ -} \renewcommand\thesubsection{\arabic{subsection})} \renewcommand\thesubsubsection{\hspace*{0.5cm}\alph{subsubsection})\hspace*{-0.4cm}} % Bandeau en bas de page \newcommand{\TITLE}{Produit scalaire} \author{Y. Morel} \date{} \usepackage{fancyhdr} \usepackage{lastpage} \pagestyle{fancyplain} \setlength{\headheight}{0cm} \renewcommand{\headrulewidth}{0pt} \renewcommand{\footrulewidth}{0.1pt} \lhead{}\chead{}\rhead{} \lfoot{Y. Morel - \url{https://xymaths.fr/Lycee/1STI/}} \rfoot{\TITLE{} - $1^{\text{�re}}STI2D$ - \thepage/\pageref{LastPage}} \cfoot{}%\TITLE\ - $1^{\mbox{\scriptsize{�re}}}S$} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{document} %\thispagestyle{empty} \vspace*{-0.5cm} \hfill{\LARGE \bf \TITLE} \hfill $1^{\text{�re}}STI2D$ \vspace{0.4cm} \section{Expressions et propri�t�s du produit scalaire} \subsection{D�finitions} Le produit scalaire de deux vecteurs non nuls $\vec{u}$ et $\vec{v}$, not� $\vec{u}\cdot\vec{v}$, est le nombre, $ \vec{u}\cdot\vec{v} =\left\|\vec{u}\right\|.\left\|\vec{u}\right\|.\cos\lp\vec{u},\vec{v}\rp $. \vspq \ct{ \fbox{ \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(-0.2,-1.2)(7,1.3) \psline[arrowsize=5pt,linewidth=1.4pt]{->}(0,0)(2,1) \rput(0.9,0.8){$\vec{v}$} \psline[arrowsize=5pt,linewidth=1.4pt]{->}(0,0)(1.5,-1) \rput(0.7,-0.8){$\vec{u}$} \psarc{->}(0,0){1.2}{-29}{25}\rput(1.5,0){$\tht$} \rput[l](3,0){$\vec{u}\cdot\vec{v}=\left\|\vec{u}\right\|.\left\|\vec{u}\right\|.\cos\tht$} \end{pspicture} }} \vspq Si $A$, $B$ et $C$ sont trois points du plan, alors: \quad \fbox{$\V{AB}\cdot\V{AC}=AB\tm AC\tm\cos\lp\widehat{BAC}\rp $} \noindent \ul{Exemple:} \psset{arrowsize=5pt,unit=0.8cm} \begin{pspicture}(-3.5,-0.4)(4,3.5) \psline{->}(-1,0)(4,0) \psline{->}(0,-1)(0,4)\rput(-0.3,-0.3){$O$} \psline[linewidth=1.5pt]{->}(0,0)(2,0)\rput(1,0.3){$\vec{u}$} \psline[linewidth=1.5pt]{->}(0,0)(3,3)\rput(1.5,1.8){$\vec{v}$} \multido{\i=1+1}{3}{ \psline(\i,-0.1)(\i,0.1)\rput(\i,-0.3){$\i$} \psline(-0.1,\i)(0.1,\i)\rput(-0.3,\i){$\i$} } \rput[l](5.5,2){$\vec{u}\cdot\vec{v}=2\tm3\sqrt{2}\tm\cos\dfrac{\pi}{4} =6 $} \end{pspicture} \bgprops{ \bgit \item[$\bullet$] Si les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont colin�aires de m�me sens, alors $\vec{u}\cdot\vec{v}=\left\|\vec{u}\right\|.\left\|\vec{v}\right\|$. \vspd \item[$\bullet$] Si les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont colin�aires de sens contraires, alors $\vec{u}\cdot\vec{v}=-\left\|\vec{u}\right\|.\left\|\vec{v}\right\|$. \vspd \item[$\bullet$] Les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont orthogonaux si et seulement si leur produit scalaire est nul: \vspd \ct{\fbox{$\vec{u}\perp\vec{v}\iff \vec{u}\cdot\vec{v}=0$}} \enit } \vspd\noindent {\bf Attention:} A la diff�rence du produit entre nombres r�els, on n'a pas\ \ \ %\qquad\qquad\qquad $\vec{u}\cdot\vec{v}=0 \!\!\iff\!\! \vec{u}=\vec{0} \text{ ou } \vec{v}=\vec{0}$ {\bf\Large !} \vspd\noindent {\bf D�finition et notation:} Pour tout vecteur $\vec{u}$, on note $\vec{u}^2=\vec{u}\cdot\vec{u}=\|u\|^2$. \hspace{4.7cm} $\vec{u}^2$ est le carr� scalaire du vecteur $\vec{u}$. \subsection{Propri�t�s du produit scalaire} \bgprop{ Pour tous vecteurs $\vec{u}$, $\vec{v}$, $\vec{w}$ et pour tout nombre r�el $k$: \bgen[$\bullet$] \item $\vec{u}\cdot\vec{v}=\vec{v}\cdot\vec{u}$ \item $\vec{u}\cdot\lp\vec{v}+\vec{w}\rp =\vec{u}\cdot\vec{v}+\vec{u}\cdot\vec{w}$ \item $\lp k\vec{u}\rp\cdot\vec{v} =\vec{u}\cdot\lp k\vec{v}\rp =k\vec{u}\cdot\vec{v}$ \enen } \vspq\noindent \ul{Exemples:} $\bullet$\ \ $2\vec{u}\cdot\lp\vec{v}-3\vec{w}\rp =2\vec{u}\cdot\vec{v}-6\vec{u}\cdot\vec{w}$ \qquad $\bullet$\ \ $\lp \vec{u}+\vec{v}\rp^2=\cdots$ \vspd $\bullet$\ \ $\lp \vec{u}-\vec{v}\rp^2=\cdots$ \qquad $\bullet$\ \ $\lp \vec{u}-\vec{v}\rp\cdot\lp \vec{u}+\vec{v}\rp=\cdots$ \vspace{-0.2cm} \noindent \bgmp{12.5cm} \bgex $ABC$ est un triangle �quilat�ral de c�t� 4 cm. $I$ est le milieu de $[AB]$. \vspd Calculer les produits scalaires: a)\ \ $\V{AB}\cdot\V{AC}$ \quad b)\ \ $\V{AB}\cdot\V{AI}$ \quad c)\ \ $\V{IA}\cdot\V{BI}$ \enex \enmp\hspace{0.5cm} %\fbox{ \bgmp{4cm} \psset{xunit=1.cm,yunit=0.7cm} \begin{pspicture}(-0.5,-0.5)(3,3) \pspolygon(0,0)(3,0)(1.5,2.7) \psline[linestyle=dashed](1.5,0)(1.5,2.7) \rput(-0.2,-0.1){$A$} \rput(3.2,-0.1){$B$} \rput(1.5,2.9){$C$} \rput(1.5,-0.3){$I$} \end{pspicture} \enmp%} \vspd\noindent \bgmp{11cm} \bgex $ABCD$ est un carr� de c�t� 2 cm de centre $O$. Calculer les produits scalaires: \vspd a)\ \ $\V{AB}\cdot\V{AD}$ \quad b)\ \ $\V{AB}\cdot\V{AC}$ \quad c)\ \ $\V{BC}\cdot\V{BD}$ \quad d)\ \ $\V{OB}\cdot\V{DC}$ \enex \enmp \bgmp{8cm} \psset{unit=1.cm} \begin{pspicture}(-1,0)(3,3.4) \pspolygon(0,0)(3,0)(3,3)(0,3) \psline[linestyle=dashed](0,0)(3,3) \psline[linestyle=dashed](0,3)(3,0) \rput(-0.2,-0.1){$A$} \rput(3.2,-0.1){$B$} \rput(3.2,3.1){$C$} \rput(-0.2,3.1){$D$} \rput(1.5,1.2){$O$} \end{pspicture} \enmp \noindent \bgmp{11cm} \bgex Dans le triangle $ABC$ ci-contre, $H$ est le projet� orthogonal de $C$ sur la droite $(AB)$. On donne de plus $AC=2$, $AB=4$, et $\widehat{BAC}=\dfrac{\pi}{3}$. \bgen[a)] \item Calculer $AH$. \item D�terminer $\V{AB}\cdot\V{AC}$ et $\V{AB}\cdot\V{AH}$. \item Que remarque-t-on ? \enen \enex \enmp \bgmp{8cm} \psset{unit=1.3cm} \begin{pspicture}(0,0)(3,3) \pspolygon(0,0)(5,0)(1.,2.7) \psline[linestyle=dashed](1.,0)(1.,2.7) \psarc(0,0){0.5}{0}{65}\rput(0.6,0.5){$\frac{\pi}{3}$} \rput(-0.2,-0.1){$A$} \rput(5.2,-0.1){$B$} \rput(1.,2.9){$C$} \rput(1.,-0.2){$H$} \rput(0.3,1.4){$2$} \end{pspicture} \enmp \subsection{Projection orthogonale} \bgprop{ Soit $\V{AB}$ et $\V{CD}$ deux vecteurs, et $C'$ et $D'$ les projet�s othogonaux de $C$ et $D$ sur la droite $(AB)$; alors $\V{AB}\cdot\V{CD}=\V{AB}\cdot\V{C'D'}$. } \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(-2,-1)(4,2.5) \psline[linewidth=0.5pt](-1,0)(4,0) \psline[arrowsize=5pt,linewidth=1.5pt]{->}(1,0)(3.,0) \rput(1,-0.2){$A$}\rput(3,-0.2){$B$} %\psline(-0.5,-0.5)(3,3) \psplot[linewidth=0.5pt]{-1}{4}{0.5 x mul} \psline[arrowsize=5pt,linewidth=1.5pt]{->}(1.6,0.8)(3.6,1.8) \rput(1.6,1){$C$}\rput(3.6,2){$D$} % \psline[linewidth=0.5pt,linestyle=dashed](1.6,0)(1.6,0.8) \psline[linewidth=0.5pt,linestyle=dashed](3.6,0)(3.6,1.8) \psline[linewidth=0.5pt](1.6,0)(1.75,0)(1.75,0.15)(1.6,0.15) \psline[linewidth=0.5pt](3.6,0)(3.75,0)(3.75,0.15)(3.6,0.15) \rput(1.7,-0.2){$C'$}\rput(3.7,-0.2){$D'$} % \rput[l](5,1){$\V{AB}\cdot\V{CD}=\V{AB}\cdot\V{C'D'}$} \end{pspicture} Soit deux vecteurs $\V{AB}$ et $\V{AC}$ et $H$ la projection orthogonale du point $C$ sur la droite $(AB)$. %\nopagebreak \bgmp{8cm} Si $\V{AB}$ et $\V{AH}$ ont le m�me sens: \[\V{AB}\cdot\V{AC}=AB\tm AC\] \psset{unit=1.3cm} \begin{pspicture}(-1,-0.5)(4,3) \psline(1.5,2.7)(0,0)(4,0) \psline[linestyle=dashed](1.5,0)(1.5,2.7) \rput(-0.2,-0.1){$A$} \rput(4.2,-0.1){$B$} \rput(1.5,2.9){$C$} \rput(1.5,-0.2){$H$} \psline(1.3,0)(1.3,0.2)(1.5,0.2) \end{pspicture} \enmp \bgmp{9cm} Si $\V{AB}$ et $\V{AH}$ ont un sens contraire: \[\V{AB}\cdot\V{AC}=-AB\tm AC\] \psset{unit=1.3cm} \begin{pspicture}(-3,-0.5)(2,3) \psline(-1.5,2.7)(0,0)(2,0) \psline[linestyle=dashed](0,0)(-1.5,0)(-1.5,2.7) \rput(0.,-0.2){$A$} \rput(2.2,-0.1){$B$} \rput(-1.5,2.9){$C$} \rput(-1.5,-0.2){$H$} \psline(-1.3,0)(-1.3,0.2)(-1.5,0.2) \end{pspicture} \enmp \bgex \vspd \psset{unit=0.5cm,arrowsize=8pt} \begin{pspicture}(0,0)(9,6.) \multido{\i=0+1}{10}{ \psline[linewidth=0.3pt](\i,0)(\i,6) } \multido{\i=0+1}{7}{ \psline[linewidth=0.3pt](0,\i)(9,\i) } \psline[linewidth=1.5pt]{->}(1,2)(3,5) \psline[linewidth=1.5pt]{->}(1,2)(7,2) \rput(0.7,1.6){$A$} \rput(3.,1.6){$H$} \rput(7.4,1.6){$B$} \rput(3.4,5.4){$C$} \rput[l](0,-1){$\V{AB}\cdot\V{AC}=\ \dots\ $} \end{pspicture} \hspace{0.5cm} \psset{unit=0.5cm,arrowsize=8pt} \begin{pspicture}(0,0)(7,6.) \multido{\i=0+1}{8}{ \psline[linewidth=0.3pt](\i,0)(\i,6) } \multido{\i=0+1}{7}{ \psline[linewidth=0.3pt](0,\i)(7,\i) } \psline[linewidth=1.5pt]{->}(4,1)(1,5) \psline[linewidth=1.5pt]{->}(4,1)(7,1) \rput(3.8,.5){$A$} \rput(6.8,.5){$B$} \rput(1.4,5.4){$C$} \rput[l](0,-1){$\V{AB}\cdot\V{AC}=\ \dots\ $} \end{pspicture} \hspace{0.5cm} \psset{unit=0.5cm,arrowsize=8pt} \begin{pspicture}(0,0)(7,6.) \multido{\i=0+1}{8}{ \psline[linewidth=0.3pt](\i,0)(\i,6) } \multido{\i=0+1}{7}{ \psline[linewidth=0.3pt](0,\i)(7,\i) } \psline[linewidth=1.5pt]{->}(2,3)(2,5) \psline[linewidth=1.5pt]{->}(2,3)(6,2) \rput(1.6,5.4){$B$} \rput(6.4,1.5){$C$} \rput(1.7,2.6){$A$} \rput[l](0,-1){$\V{AB}\cdot\V{AC}=\ \dots\ $} \end{pspicture} \enex \vspd\noindent \bgmp{11.5cm} \bgex $ABD$ est un triangle rectangle isoc�le en $B$. L'angle $\widehat{BCD}$ mesure $30^\circ$ et $AB=3$. \bgen \item Calculer les longueurs $AD$, $CD$ et $BC$. \item D�terminer les produits scalaires suivants: \vspd a)\ \ $\V{AB}\cdot\V{AD}$ \quad b)\ \ $\V{CD}\cdot\V{CB}$ \quad c)\ \ $\V{DA}\cdot\V{DC}$ \enen \enex \enmp \bgmp{8cm} \psset{unit=0.8cm} \begin{pspicture}(1.5,0)(3,3) \pspolygon(0,0)(8,0)(3,3) \psline(3,0)(3,3) \rput(-0.1,-0.3){$A$} \rput(3.,-0.3){$B$} \rput(3,3.2){$D$} \rput(8,-0.3){$C$} \psline(2.8,0)(2.8,0.2)(3,0.2) \end{pspicture} \enmp \vspd\noindent \bgmp{11.5cm} \bgex $ABC$ est un triangle isoc�le de sommet $A$ tel que $AB=2,5$ cm et $BC=3$ cm. $I$ est le milieu de $[BC]$. \vspd Exprimer le produit scalaire $\V{BC}\cdot\V{BA}$ de deux mani�res diff�rentes, et en d�duire la valeur de l'angle $\widehat{ABC}$ � $0,1$ degr� pr�s. \enex \enmp \bgmp{8cm} \psset{unit=1.3cm} \begin{pspicture}(-0.5,0)(3,3) \pspolygon(0,0)(3,0)(1.5,2.7) \psline[linestyle=dashed](1.5,0)(1.5,2.7) \rput(-0.2,-0.1){$B$} \rput(3.2,-0.1){$C$} \rput(1.5,2.9){$A$} \rput(1.5,-0.2){$I$} \psline(1.3,0)(1.3,0.2)(1.5,0.2) \end{pspicture} \enmp \vspq \bgmp{12cm} \bgex $ABCD$ est un losange de centre $O$ dont les diagonales mesurent $AC=4$ cm et $DB=3$ cm. \vspd Calculer une valeur approch�e de l'angle $\widehat{DAC}$ � $0,1$ pr�s. \enex \enmp \bgmp{6cm} \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(-2.3,-1.8)(2.3,2) \pspolygon(-2,0)(0,1.5)(2,0)(0,-1.5) \psline[linestyle=dashed](-2,0)(2,0) \psline[linestyle=dashed](0,-1.5)(0,1.5) \rput(-2.2,0){$A$} \rput(2.2,0){$C$} \rput(0,1.7){$B$} \rput(0,-1.7){$D$} \rput(-0.2,-0.2){$O$} \end{pspicture} \enmp \subsection{Expression du produit scalaire � l'aide des normes uniquement} On a: \quad $\|\vec{u}+\vec{v}\|^2= \lp\vec{u}+\vec{v}\rp^2 =\vec{u}^2+2\,\vec{u}\cdot\vec{v}+\vec{v}^2$. Or, $\vec{u}^2=\vec{u}\cdot\vec{u}=\|\vec{u}\|^2$ et de m�me, $\vec{v}^2=\vec{v}\cdot\vec{v}=\|\vec{v}\|^2$. \vspd Ainsi, $2\,\vec{u}\cdot\vec{v}=\|\vec{u}+\vec{v}\|^2-\|\vec{u}\|^2-\|\vec{v}\|^2$, et donc, \bgprop{Pour tous vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$, on a: \quad $ \vec{u}\cdot\vec{v}= \dfrac12\Bigl[\|\vec{u}+\vec{v}\|^2-\|\vec{u}\|^2-\|\vec{v}\|^2\Bigr] $. } \bgex Soit $\vec{u}$ et $\vec{v}$ deux vecteurs tels que $\|\vec{u}\|=3$, $\|\vec{v}\|=2$ et $\lp\vec{u},\vec{v}\rp=\dfrac{\pi}{3}$. Calculer $\|\vec{u}+\vec{v}\|$. \enex \subsection{Produit scalaire et coordonn�es} \bgprop{ Soit dans un rep�re orhonormal $\lp 0;\vec{i},\vec{j}\rp$ les vecteurs $\vec{u}(x;y)$ et $\vec{v}(x';y')$, alors \[ \vec{u}\cdot\vec{v}=xx'+yy' \] } \bgex Dans un rep�re orthonormal $\lp 0;\vec{i},\vec{j}\rp$, calculer le produit scalaire $\vec{u}\cdot\vec{v}$ dans chacun des cas suivants, et en d�duire une valeur de l'angle $\lp\vec{u},\vec{v}\rp$ � $0,1$ degr� pr�s. \vspd a)\ $\vec{u}(1;-2)$ et $\vec{v}(6;5)$ \qquad b)\ $\vec{u}(-2;4)$ et $\vec{v}\lp3;\dfrac12\rp$ \qquad c)\ $\vec{u}(\sqrt{2};-2)$ et $\vec{v}(\sqrt{2};1)$ \enex \bgex On se place dans un rep�re orthonormal $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$. Dans chacun des cas, d�terminer la valeur de $m$ pour que les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ soient orthogonaux. \noindent a)\ \ $\vec{u}\lp m;5\rp$ et $\vec{v}\lp 1;-4\rp$ \quad b)\ \ $\vec{u}\lp 2m;1\rp$ et $\vec{v}\lp 3;2\rp$ \quad c)\ \ $\vec{u}\lp \dfrac{m}{2};2\rp$ et $\vec{v}\lp 3;-1\rp$ \quad d)\ \ $\vec{u}\lp m;3\rp$ et $\vec{v}\lp m;-4\rp$ \enex \bgex Dans un un rep�re orthonormal $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$, on consid�re les points $A(-3;1)$, $B(4;-1)$ et $C(1;15)$. Les droites $(AB)$ et $(AC)$ sont-elles perpendiculaires ? \enex \section{D�composition d'un vecteur sur deux axes orthogonaux} \bgmp{12cm} On consid�re le vecteur $\V{AB}$ dans le rep�re orthogonal $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$. D�composer le vecteur $\V{AB}$ selon les axes $\lp\vec{i};\vec{j}\rp$ (ou $(A;\vec{i})$, $(A,\vec{j})$) revient � projeter orthogonalement le point $B$ sur chacun de ces deux axes. \vspd On obtient \quad $\V{AB}=\V{AH}+\V{AK}$ \vspq avec, $AH=\V{AB}\cdot\vec{i}=AB\cos\tht$ \vspd et\hspace{0.5cm} $AK=\V{AB}\cdot\vec{j}=AB\cos\lp\dfrac{\pi}{2}-\tht\rp=AB\sin\tht$ \enmp \bgmp{7cm} \psset{unit=1.2cm} \begin{pspicture}(-1,-1)(3,3.4) \psline[linewidth=1.4pt,arrowsize=7pt]{->}(0,0)(1.5,0) \rput(0.7,-0.3){$\vec{i}$} \psline[linewidth=1.4pt,arrowsize=7pt]{->}(0,0)(0,1) \rput(-0.3,0.5){$\vec{j}$} \psline[linewidth=1pt]{->}(0,0)(3,0) \psline[linewidth=1pt]{->}(0,0)(0,2) \psline[linewidth=1pt,arrowsize=7pt]{->}(0,0)(3,2) \rput(-.2,-.2){$A$} \rput(3.2,2.2){$B$} \psarc{->}(0,0){1}{0}{34}\rput(1.2,0.4){$\tht$} \psline[linewidth=1pt,linestyle=dashed](0,2)(3,2)(3,0) \rput(3.2,-0.2){$H$} \rput(-0.2,2.2){$K$} \end{pspicture} \enmp \vspt En r�sum�, on a: \quad $\V{AB}= \underbrace{\lp\V{AB}\cdot\vec{i}\rp}_{=AH}\ \vec{i} \ +\, \underbrace{\lp\V{AB}\cdot\vec{j}\rp}_{=AK}\ \vec{j} $ \noindent \bgmp{10.5cm} \bgex Une personne tire sur une corde attach�e au sommet d'un mur vertical avec une force de 200 N suivant un angle de $40^\circ$ avec l'horizontale. \vspd D�terminer la d�composition de cette force sur des axes horizontaux et verticaux, et calculer l'intensit� de chacune de ces forces. \enex \enmp\hspace{0.5cm} \bgmp{7cm} \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(0,-1)(5,4) \psline[linewidth=1.4pt,arrowsize=8pt]{->}(4,3)(0,0) \rput(4,3){$\bullet$}\rput(4,3.3){$A$} \newcommand\f[1]{#1 0.3 mul} \renewcommand{\g}[1]{\f{#1} 0.3 add} \psline(!4\space\f{-2})(4,3)(6,3) \multido{\i=-2+1}{12}{ \psline(! 4\space\f{\i})(! 4.5\space \g{\i}) } \psline[linestyle=dashed](0,0)(4,0) \psarc(0,0){1}{0}{34}\rput(1.4,0.4){$40^{\circ}$} \end{pspicture} \enmp \section{Exercices} \bgex Le plan est rapport� � un RON $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$. On consid�re les points $A(1;-1)$, $B(3;3)$, $C(-4;4)$, $D(2;1)$, $E(17;12)$ et $F(5;-12)$. \bgen \item Montrer que $(AB) \perp (CD)$. \item Montrer que $(AB) /\!/ (EF)$. %\item D�terminer l'�quation de la droite $d$ perpendiculaire � $(AB)$ % et passant par l'origine du rep�re. %\item D�terminer de deux m�thodes diff�rentes l'�quation de la % m�diatrice de $[AB]$. \enen \enex \noindent \bgmp{11.cm} \bgex $ABC$ est un triangle rectangle en $B$ tel que $AB=3$ cm et $BC=4$ cm. On appelle $H$ le projet� orthogonal de $B$ sur $(AC)$. \vspd Calculer la longueur $AH$ {\em (on pourra utiliser le produit scalaire $\V{AB}\cdot\V{AC}$)}. \enex \enmp\hspace{0.8cm} \bgmp{6cm} \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(-0.5,0)(4,3) \pspolygon(0,0)(4,0)(0,3) \psline[linestyle=dashed](0,0)(1.44,1.92) \rput(-0.2,-0.2){$B$} \rput(-0.2,3){$A$} \rput(4,-0.2){$C$} \rput(1.65,2.1){$H$} \end{pspicture} \enmp \bgex Dans un rep�re orthonormal $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$, on consid�re les points $A(2;-1)$, $B(3;2)$ et $C(0;-2)$. \bgen \item Calculer les coordonn�es des vecteurs $\V{AB}$, $\V{BC}$ et $\V{AC}$. \item Calculer les longueurs des c�t�s du triangle $ABC$. \item Calculer les produits scalaires $\V{AB}\cdot\V{AC}$, $\V{BC}\cdot\V{BA}$ et $\V{CA}\cdot\V{CB}$. \item En d�duire au degr� pr�s les angles du triangle $ABC$. \enen \enex \noindent \bgmp{10.5cm} \bgex Un solide est en �quilibre sur un plan inclin�. Ce solide estsoumis � trois forces: \bgit \item son poids $\V{P}$ \item la r�action du support $\V{R}$ \item la tension de la corde $\V{T}$ \enit On sait de plus que $P=20$ N et $\alpha=30^\circ$. On cherche � d�terminer l'intensit� de chacune de ces forces. \enex \enmp \bgmp{8cm} \psset{unit=1cm,arrowsize=7pt} \begin{pspicture}(1,0)(5,5) \pspolygon(0,0)(8,0)(8,4) \psarc(0,0){1}{0}{28}\rput(1.3,0.3){$\alpha$} \pspolygon[linewidth=1.4pt](4,2)(5,2.5)(4.6,3.3)(3.6,2.8) \rput(4.,2.6){$G$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(4.3,2.65)(4.3,.5)\rput(4.6,1.2){$\V{P}$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(4.3,2.65)(6.3,3.65)\rput(5.3,3.5){$\V{T}$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(4.3,2.65)(3.2,4.5)\rput(3.8,4.2){$\V{R}$} \psline(4.3,2.65)(8,4.5) \psline(8,4)(8,4.5)\rput(8,4.5){$\bullet$} \end{pspicture} \enmp \vspd\noindent On se place pour cela le rep�re orthonormal $\lp G;\vec{i},\vec{j}\rp$: \bgmp{5cm} \psset{unit=1cm} \begin{pspicture}(-2.5,-2)(3.5,3) \psline[linewidth=1.5pt]{->}(0,0)(1,0)\rput(0.5,-0.3){$\vec{i}$} \psline[linewidth=1.5pt]{->}(0,0)(0,1)\rput(-0.25,0.5){$\vec{j}$} \rput(-0.4,-0.2){$G$} \psline[linewidth=0.4pt](-2,0)(2.5,0)\rput(2.5,-0.2){$x$} \psline[linewidth=0.4pt](0,-2)(0,3)\rput(-0.2,3){$y$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(0,0)(-1,-1.5)\rput(-1,-1){$\V{P}$} \psarc(0,0){1}{236}{270}\rput(-0.4,-1.2){$\tht$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(0,0)(2,0)\rput(1.4,0.3){$\V{T}$} \psline[linewidth=1.4pt]{->}(0,0)(0,2.4)\rput(-0.3,2){$\V{R}$} \end{pspicture} \enmp\quad \bgmp{11.5cm} \bgen \item Justifier que $\tht=30^\circ$. \item On pose $\V{P}=\V{P}_x+\V{P}_y$, o� $\V{P}_x$ et $\V{P}_y$ sont les composantes de $\V{P}$ suivant les axes $(Gx)$ et $(Gy)$. Calculer $\|\V{P}_x\|$ et $\|\V{P}_y\|$. \item D�composer suivant les axes du rep�re les vecteurs $\V{T}$, $\V{R}$ et $\V{P}$. \item Le solide est en �quilibre, cela signifie que $\V{P}+\V{R}+\V{T}=\V{0}$. Montrer que $\|\V{R}\|-\|\V{P}\|\cos\tht=0$ et $\|\V{T}\|-\|\V{P}\|\sin\tht=0$ \item En d�duire l'intensit� des forces $\V{R}$ et $\V{T}$. \enen \enmp \bgex {\sl(Equation d'une m�diatrice)} Dans un rep�re orthonormal, on consid�re les points $A(1;4)$ et $B(5;-4)$. \bgen \item Calculer les coordonn�es du milieu $I$ du segment $[AB]$. \item On consid�re un point $M$ appartenant � la m�diatrice de $[AB]$. D�terminer $\V{IM}\cdot\V{AB}$. \item On note $M(x;y)$ les coordonn�es du point $M$. Montrer que les coordonn�es du point $M$ v�rifient l'�quation $x-2y-3=0$, appel�e �quation cart�sienne de la droite $(IM)$. \item D�terminer l'�quation r�duite de la droite $(IM)$. \item Placer les points $A$ et $B$ dans un rep�re et tracer la droite $(IM)$. \enen \enex \bgex {\sl (Equation d'une hauteur)} Dans un rep�re orthonormal, on consid�re les points $A(4;2)$, $B(-3;4)$ et $C(-1;-2)$. \bgen \item Soit $M$ un point de la hauteur du triangle $ABC$ issue du sommet $C$. D�terminer $\V{CM}\cdot\V{AB}$. \item On note $M(x;y)$ les coordonn�es du point $M$. D�terminer l'�quation v�rifi�e par les coordonn�es $x$ et$y$ du point $M$. \item D�terminer l'�quation r�duite de la droite $(CM)$. \item Placer les points $A$, $B$ et $C$ dans un rep�re et tracer la droite $(CM)$. \enen \enex \bgex {\sl (Equation d'un cercle)} On consid�re, dans un rep�re orthonormal, le cercle $\mathcal{C}$ de centre $\Omega(3;4)$ et de rayon $2$. \bgen \item Soit $A(1;4)$ et $B(6;4)$. Montrer que le segment $[AB]$ est un diam�tre du cercle $\mathcal{C}$. \item Soit $M$ un point du cercle $\mathcal{C}$. D�terminer $\V{MA}\cdot\V{MB}$. \item On note $M(x;y)$ les coordonn�es du point $M$. D�terminer l'�quation v�rifi�e par les coordonn�es $x$ et$y$ du point $M$. \enen \enex \bgex $\lp O;\vec{i},\vec{j}\rp$ est un RON direct. Soit $A$ et $B$ les points du cercle trigonom�trique $\mathcal{C}$ associ�s aux angles $\dfrac{\pi}{4}$ et $\dfrac{\pi}{3}$. \bgen \item Quelle est la mesure de l'angle $\widehat{AOB}$ ? \item \bgen[a)] \item Quelles sont les coordonn�es de $A$ et $B$ ? \item En d�duire que $\V{OA}\cdot\V{OB}=\dfrac{\sqrt{2}+\sqrt{6}}{4}$. \enen \item \bgen[a)] \item Justifier que $\V{OA}\cdot\V{OB}=\cos\dfrac{\pi}{12}$. \item En d�duire la valeur exacte de $\cos\dfrac{\pi}{12}$. %puis v�rifier que %$\sin\dfrac{\pi}{12}=\dfrac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}$. \enen \enen \enex %\bgex %Dans les deux cas de figure ci-dessous, %calculer la longueur $AO$: % %\begin{pspicture}(-2,-1)(5,2.6) % \pspolygon(0,0)(3,0)(1.2,2) % \psline(1.5,0)(1.2,2) % \rput(1.2,2.3){$A$} % \rput(-0.2,-0.1){$B$} % \rput(3.2,-0.1){$C$} % \psline(0.7,-0.1)(0.8,0.1)\psline(0.8,-0.1)(0.9,0.1) % \psline(2.2,-0.1)(2.3,0.1)\psline(2.3,-0.1)(2.4,0.1) % \rput(1.5,-0.2){$O$} % \rput(0.3,1){$5$} % \rput(2.5,1){$7$} % \psline{<->}(0,-0.5)(3,-0.5) % \rput(1.5,-0.8){$8$} %\end{pspicture} %\begin{pspicture}(-1,-1)(4,2.8) % \pspolygon(0,0)(5,0)(3.5,2) % \psline(2.5,0)(3.5,2) % \rput(3.5,2.3){$A$} % \rput(-0.2,-0.1){$B$} % \rput(2.5,-0.2){$C$} % \psline(1.2,-0.1)(1.3,0.1)\psline(1.3,-0.1)(1.4,0.1) % \psline(3.7,-0.1)(3.8,0.1)\psline(3.8,-0.1)(3.9,0.1) % \rput(5.2,-0.2){$O$} % \rput(1.2,1){$6$} % \rput(2.8,1){$3$} % \psline{<->}(0,-0.5)(2.5,-0.5) % \rput(1.5,-0.8){$4$} %\end{pspicture} %\enex %\bgex %On consid�re un segment $[AB]$, avec $AB=2$ cm, de milieu $I$. % %\vspd %Montrer que, pour tout point $M$ du plan, % $MA^2-MB^2=2\,\V{IM}\cdot\V{AB}$. %\enex %\bgex %Soit $ABCD$ un carr�. %On construit un rectangle $APQR$ tel que: \vsp %$\bullet$\ $P$ et $R$ sont sur les c�t�s $[AB]$ et $[AD]$ % %\vsp %$\bullet$\ $AP=DR$. % %\bgmp[t]{10cm} %\bgen %\item Justifier que: % \quad $\V{CQ}\cdot\V{PR}=\V{CQ}\cdot\lp \V{AR}-\V{AP}\rp$. %\item En d�duire que les droites $(CQ)$ et $(PR)$ sont % perpendiculaires. %\enen %\enmp\quad %\bgmp[t]{8cm} %\begin{pspicture}(-1,2.5)(5,4) % \pspolygon(0,0)(4,0)(4,4)(0,4) % \rput(-0.2,-0.2){$A$} % \rput(4.2,-0.2){$B$} % \rput(4.,4.2){$C$} % \rput(-0.2,4.2){$D$} % % % \psplot{-0.5}{1.2}{-3 x mul 3 add} % \psplot{-0.5}{4.6}{1 3 div x mul 8 3 div add} % \pspolygon[linestyle=dashed](0,0)(1,0)(1,3)(0,3) % \rput(1.2,-0.2){$P$} % \rput(-0.2,3){$R$} % \rput(1.,3.2){$Q$} %\end{pspicture} %\enmp %\enex %\bgex On se place dans un RON, dans lequel on consid�re le triangle %$ABC$ avec $A(-1;2)$, $B(3;1)$ et $C(2;4)$. %\bgen %\item D�terminer une �quation de la m�diatrice de $[AB]$. %\item D�terminer une �quation de la hauteur issue de $A$ dans le % triangle $ABC$. %\enen %\enex %\bgex Dans un RON, on donne $\Omega(2;-3)$. %\bgen %\item D�terminer l'�quation du cercle $C$ de centre $\Omega$ et de % rayon $R=5$. %\item D�montrer que le point $A(-2;0)$ est un point du cercle $C$. %\item D�terminer une �quation cart�sienne de la tangente en $A$ au % cercle $C$. %\enen %\enex \noindent \bgmp{10.5cm} \bgex Une personne pousse sa voiture en exercant une force de $200$ N suivant une direction qui fait un angle de $25^\circ$ avec le niveau horizontal de la route. \bgen \item D�composer le vecteur $\V{F}$ suivant les deux axes orthogonaux $(Ox$ et $(Oy)$. \item D�terminer la norme de la force qui permet � la voiture d'avancer. \enen \enex \enmp\hspace{0.5cm} \bgmp{7.5cm} \psset{unit=1cm,arrowsize=7pt} \begin{pspicture}(-0.5,0)(6.8,4.4) \rput(0,2.2){$\bullet$} \psline[linewidth=1.5pt]{->}(0,2.2)(2.9,0.7)\rput(2.2,1.4){$\V{F}$} \psline{->}(-0.5,2.2)(6.5,2.2)\rput(6.7,2.2){$x$} \psline{->}(0,-0.)(0,4.2)\rput(-0.2,4.2){$y$} \psline(0,1)(0,2.2)(0.9,3)(3.5,3)(4.2,2.2)(5.5,2)(5.7,1.5)(5.7,1.3)(5.5,1) \psline(0,1)(0.4,1) \psline(1.6,1)(3.4,1) \psline(4.6,1)(5.5,1) \pscircle[fillstyle=solid,fillcolor=black](1,1){0.5} \pscircle[fillstyle=solid,fillcolor=white](1,1){0.3} \pscircle[fillstyle=solid,fillcolor=black](4,1){0.5} \pscircle[fillstyle=solid,fillcolor=white](4,1){0.3} \end{pspicture} \enmp \bgex $ABCD$ est un rectangle tel que $AD=3$ et $AB=5$. $E$ est le milieu de $[AB]$. \bgmp[t]{10.8cm} \bgen \item Calculer les longueurs $AC$ et $DE$. \item En utilisant la relation de Chasles, exprimer le vecteur $\V{AC}$ � l'aide du vecteur $\V{AB}$, et le vecteur $\V{DE}$ � l'aide du vecteur $\V{DA}$. Calculer alors le produit scalaire $\V{AC}\cdot\V{DE}$. \item En d�duire la valeur de l'angle $\tht=\lp\V{DE},\V{AC}\rp$ en degr� � $0,01$ pr�s. \enen \enmp\qquad \bgmp[t]{8cm} \begin{pspicture}(0,3.5)(4,3.2) \pspolygon(0,0)(5,0)(5,3)(0,3) \psplot{-0.3}{3}{-6 5 div x mul 3 add} \psplot{-0.3}{5.3}{3 5 div x mul} % \rput(0,-0.2){$A$} \rput(5.2,-0.2){$B$} \rput(5.,3.2){$C$} \rput(0.1,3.2){$D$} \rput(2.4,-0.2){$E$} % \psarc(1.666,1){0.5}{-46}{30}\rput(2.4,1){$\tht$} \end{pspicture} \enmp \enex \end{document}
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Quelques devoirs
Devoir corrigéDérivée et variations. Applications du produit scalaire
Dérivée et sens de variation d'une fonction. Produit scalaire: détermination d'un angle. Géométrie analytique et coordonnées: coordonnées de vecteurs, calcul de longueur et de produit scalaire. Calcul d'un angle dans une machine à commande numérique: produit scalaire et applications.
Devoir corrigéProduit scalaire, trigonométrie et fonctions périodiques
Produit scalaire: calcul d'un angle pour une machine à commande numérique. Résolution d'une équation trigonométrique. Fonctions périodiques.
Devoir corrigéProduit scalaire et application
Calcul d'un angle dans une machine à commande numérique: produit scalaire et applications. Décomposition d'un vecteur sur deux axes orhgonaux.
Devoir corrigéProduit scalaire et application
Calcul d'un angle. Détermination de l'efficacité de la consolidation mecanique d'une porte: produit scalaire et applications. Décomposition d'un vecteur sur deux axes orhgonaux.