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📔 Exercices - Géometrie

Série d'exercices n°2 sur le repérage et problèmes de géométrie vectorielle

Géométrie : Distances et constructions

Exercice 1 : Calcul vectoriel ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé \((O,\vec{i},\vec{j})\), on considère les points \(C(-3;2)\), \(D(1;4)\), \(E(6;3)\) et le vecteur \(\vec{u}\begin{pmatrix} -1 \\ 3 \end{pmatrix}\). On souhaite effectuer différentes opérations vectorielles pour mieux comprendre les relations entre ces éléments géométriques.

x y O C(-3;2) D(1;4) E(6;3) CD u 3 -1
  1. Calculer les coordonnées des vecteurs \(\vec{CD}\) et \(\vec{DC}\). Que remarquez-vous ?
  2. Effectuer l'addition vectorielle \(\vec{u} + \vec{CD}\) et interpréter géométriquement le résultat.
  3. Calculer le produit du vecteur \(\vec{u}\) par le scalaire 1,5, soit \(1,5\vec{u}\).
  4. Déterminer d'abord les coordonnées du vecteur \(\vec{DE}\), puis calculer \(-3\vec{DE}\).


Exercice 2 : Opérations vectorielles avancées ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans le plan muni d'un repère orthonormé, on considère trois points \(M(-5;2)\), \(N(3;4)\) et \(P(6;-7)\). Ces trois points forment un triangle dont nous allons étudier les propriétés vectorielles. L'objectif est de manipuler les vecteurs formés par ces points et d'observer certaines relations remarquables.

M(-5;2) N(3;4) P(6;-7) NM PM PN
  1. Calculer les coordonnées des vecteurs \(\vec{NM}\), \(\vec{PM}\) et \(\vec{PN}\). Détailler chaque étape du calcul.
  2. Déterminer les vecteurs opposés de chacun des vecteurs précédents. Que représentent-ils géométriquement ?
  3. Calculer l'expression vectorielle \(\vec{PN} + \vec{NM} - \vec{PM}\). Que pouvez-vous conclure sur le résultat obtenu ?


Exercice 3 : Combinaisons linéaires de vecteurs ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé, on considère trois vecteurs : \(\vec{u}\begin{pmatrix} 7 \\ 0 \end{pmatrix}\), \(\vec{v}\begin{pmatrix} 5 \\ 3 \end{pmatrix}\) et \(\vec{w}\begin{pmatrix} 1 \\ -3 \end{pmatrix}\). L'objectif de cet exercice est d'effectuer diverses combinaisons linéaires de ces vecteurs et de visualiser géométriquement les résultats obtenus. Les combinaisons linéaires sont des outils fondamentaux en géométrie vectorielle.

O u(7,0) v(5,3) w(1,-3) Exemples de combinaisons : \(\vec{u}+\vec{v}\) 4 7
  1. Calculer les coordonnées des vecteurs résultant des opérations \(\vec{u}+\vec{v}\) et \(\vec{u}-\vec{v}\). Interpréter géométriquement ces résultats.
  2. Déterminer les coordonnées du vecteur \(3\vec{u}-2\vec{v}\). Que représente cette expression ?
  3. Représenter graphiquement dans un repère les vecteurs \(\vec{u}\), \(\vec{v}\) et \(3\vec{u}-2\vec{v}\) pour vérifier vos calculs.


Exercice 4 : Détermination de coordonnées par relations vectorielles ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé du plan, on considère les points B(-4;2), C(0;3) et D(1;-5). On cherche à déterminer les coordonnées d'un point E en utilisant une relation vectorielle spécifique. Ce type d'exercice permet de comprendre comment les vecteurs peuvent servir à localiser précisément des points dans le plan à partir de relations algébriques.

B(-4;2) C(0;3) D(1;-5) E(?;?) BC CD BE Relation : BE = 3BC - 5CD 3 -3

On souhaite déterminer les coordonnées du point E tel que la relation vectorielle suivante soit vérifiée :

\(\vec{BE} = 3\vec{BC} - 5\vec{CD}\)

Question : Calculer les coordonnées du point E en utilisant cette relation vectorielle. Détailler toutes les étapes du calcul.



Exercice 5 : Construction d'un parallélogramme ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé, on considère trois points \(E(-3;2)\), \(F(1;-2)\) et \(G(-1;-5)\). Ces trois points constituent trois sommets d'un parallélogramme EFGH. Un parallélogramme est un quadrilatère dont les côtés opposés sont parallèles et de même longueur, ce qui se traduit par des relations vectorielles spécifiques entre ses sommets.

E(-3;2) F(1;-2) G(-1;-5) H(?;?) EF HG Propriété : Dans un parallélogramme EFGH : EF = HG 2 -2

Dans un parallélogramme, les vecteurs représentant les côtés opposés sont égaux. Cette propriété fondamentale nous permet d'établir la relation : \(\vec{EF} = \vec{HG}\)

Question : Déterminer les coordonnées du point H pour que EFGH forme un parallélogramme. Proposer également une méthode alternative de résolution.

Exercice 1 : Colinéarité vectorielle ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Deux vecteurs sont dits colinéaires s'il existe un réel \(k\) tel que l'un est égal à \(k\) fois l'autre. Dans cet exercice, nous allons étudier la colinéarité de vecteurs en utilisant les relations de proportionnalité.

u v w Les vecteurs représentés ci-dessus servent à illustrer les relations de colinéarité

Résolvez les deux questions suivantes en démontrant rigoureusement la colinéarité des vecteurs :

  1. Sachant que \(\vec{u} = 4\vec{v}\) et que \(\vec{v} = \frac{1}{2}\vec{w}\), démontrez que les vecteurs \(\vec{u}\) et \(\vec{w}\) sont colinéaires et déterminez le coefficient de colinéarité.
  2. Sachant que \(\vec{u} = 5\vec{v}\) et que \(\vec{v} = \frac{1}{3}\vec{w}\), démontrez que les vecteurs \(\vec{u}\) et \(\vec{w}\) sont colinéaires et déterminez le coefficient de colinéarité.
1. Démonstration de la colinéarité :
Nous partons des relations données :
\(\vec{u} = 4\vec{v}\) et \(\vec{v} = \frac{1}{2}\vec{w}\)

Par substitution de la seconde relation dans la première :
\(\vec{u} = 4\vec{v} = 4 \times \left(\frac{1}{2}\vec{w}\right) = \frac{4}{2}\vec{w} = 2\vec{w}\)

Conclusion : \(\vec{u} = 2\vec{w}\), donc \(\vec{u}\) et \(\vec{w}\) sont colinéaires avec un coefficient de colinéarité égal à 2.

2. Démonstration de la colinéarité :
Nous partons des relations données :
\(\vec{u} = 5\vec{v}\) et \(\vec{v} = \frac{1}{3}\vec{w}\)

Par substitution de la seconde relation dans la première :
\(\vec{u} = 5\vec{v} = 5 \times \left(\frac{1}{3}\vec{w}\right) = \frac{5}{3}\vec{w}\)

Conclusion : \(\vec{u} = \frac{5}{3}\vec{w}\), donc \(\vec{u}\) et \(\vec{w}\) sont colinéaires avec un coefficient de colinéarité égal à \(\frac{5}{3}\).


Exercice 2 : Alignement de points par le déterminant ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans le plan muni d'un repère orthonormé, nous considérons trois points \(K(-3;3)\), \(L(3;-6)\), et \(M(2;0)\). Pour déterminer si ces points sont alignés, nous utiliserons la méthode du déterminant de deux vecteurs.

Rappel : Trois points A, B et C sont alignés si et seulement si les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires, ce qui équivaut à dire que leur déterminant est nul.

K(-3;3) L(3;-6) M(2;0) KL KM droite (LM) O

Travail à effectuer :

  1. Calculez les coordonnées des vecteurs \(\vec{KL}\) et \(\vec{KM}\).
  2. Calculez le déterminant de ces deux vecteurs.
  3. En déduire si le point K appartient à la droite (LM).
1. Calcul des coordonnées des vecteurs :
Pour un vecteur \(\vec{AB}\) avec A(\(x_A ; y_A\)) et B(\(x_B ; y_B\)), nous avons \(\vec{AB} = \begin{pmatrix} x_B - x_A \\ y_B - y_A \end{pmatrix}\)

\(\vec{KL} = \begin{pmatrix} 3 - (-3) \\ -6 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 \\ -9 \end{pmatrix}\)

\(\vec{KM} = \begin{pmatrix} 2 - (-3) \\ 0 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 \\ -3 \end{pmatrix}\)

2. Calcul du déterminant :
Le déterminant de deux vecteurs \(\vec{u} = \begin{pmatrix} x_1 \\ y_1 \end{pmatrix}\) et \(\vec{v} = \begin{pmatrix} x_2 \\ y_2 \end{pmatrix}\) est : \(\det(\vec{u}, \vec{v}) = x_1 y_2 - x_2 y_1\)

\(\det(\vec{KL}, \vec{KM}) = \begin{vmatrix} 6 & 5 \\ -9 & -3 \end{vmatrix} = 6 \times (-3) - 5 \times (-9) = -18 + 45 = 27\)

3. Conclusion sur l'appartenance :
Puisque \(\det(\vec{KL}, \vec{KM}) = 27 \neq 0\), les vecteurs \(\vec{KL}\) et \(\vec{KM}\) ne sont pas colinéaires.
Par conséquent, les points K, L et M ne sont pas alignés, ce qui signifie que K n'appartient pas à la droite (LM).


Exercice 3 : Étude de droites sécantes ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

Dans le plan muni d'un repère orthonormé, nous considérons quatre points : \(E(-32;33)\), \(F(113;-7)\), \(G(62;-40)\), et \(H(-28;-15)\). Ces points définissent deux droites : \((EF)\) et \((GH)\).

Deux droites dans le plan peuvent être soit parallèles (même coefficient directeur), soit sécantes (coefficients directeurs différents). Nous allons déterminer la nature de ces deux droites en calculant leurs coefficients directeurs respectifs.

E F G H droite (EF) droite (GH) intersection? O

Question : Les droites (EF) et (GH) sont-elles sécantes ou parallèles ? Justifiez votre réponse par le calcul.

Solution :
Pour déterminer si deux droites sont sécantes ou parallèles, nous calculons leurs coefficients directeurs respectifs.

Coefficient directeur de la droite (EF) :
Pour une droite passant par deux points A(\(x_A ; y_A\)) et B(\(x_B ; y_B\)), le coefficient directeur est : \(a = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}\)

\(a_{EF} = \frac{y_F - y_E}{x_F - x_E} = \frac{-7 - 33}{113 - (-32)} = \frac{-40}{145}\)

Simplifions cette fraction : \(a_{EF} = \frac{-40}{145} = \frac{-8 \times 5}{29 \times 5} = -\frac{8}{29}\)

Coefficient directeur de la droite (GH) :
\(a_{GH} = \frac{y_H - y_G}{x_H - x_G} = \frac{-15 - (-40)}{-28 - 62} = \frac{-15 + 40}{-90} = \frac{25}{-90}\)

Simplifions cette fraction : \(a_{GH} = \frac{25}{-90} = \frac{5 \times 5}{-18 \times 5} = -\frac{5}{18}\)

Conclusion :
Nous avons \(a_{EF} = -\frac{8}{29}\) et \(a_{GH} = -\frac{5}{18}\)

Vérifions si ces coefficients sont égaux : \(-\frac{8}{29} \stackrel{?}{=} -\frac{5}{18}\)
En utilisant le produit croisé : \(8 \times 18 = 144\) et \(5 \times 29 = 145\)
Comme \(144 \neq 145\), nous avons \(a_{EF} \neq a_{GH}\)

Réponse : Les droites (EF) et (GH) ont des coefficients directeurs différents, elles sont donc sécantes.


Exercice 4 : Alignement de points - Méthodes multiples ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans le plan muni d'un repère orthonormé, nous considérons trois points \(P(-3;-1)\), \(N(0;1)\), et \(R(3;3)\). Nous souhaitons déterminer si ces trois points sont alignés.

Il existe plusieurs méthodes pour vérifier l'alignement de trois points. Nous utiliserons deux approches différentes : la méthode du déterminant et la méthode des coefficients directeurs.

P(-3;-1) N(0;1) R(3;3) droite (PNR)? PN PR O

Question : Les points \(P\), \(N\) et \(R\) sont-ils alignés ? Utilisez deux méthodes différentes pour justifier votre réponse.

Méthode 1 : Déterminant de deux vecteurs
Calculons les coordonnées des vecteurs \(\vec{PN}\) et \(\vec{PR}\) :

\(\vec{PN} = \begin{pmatrix} 0 - (-3) \\ 1 - (-1) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 \\ 2 \end{pmatrix}\)

\(\vec{PR} = \begin{pmatrix} 3 - (-3) \\ 3 - (-1) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 \\ 4 \end{pmatrix}\)

Calculons le déterminant :
\(\det(\vec{PN}, \vec{PR}) = \begin{vmatrix} 3 & 6 \\ 2 & 4 \end{vmatrix} = 3 \times 4 - 6 \times 2 = 12 - 12 = 0\)

Méthode 2 : Coefficients directeurs
Calculons les coefficients directeurs des droites (PN) et (PR) :

\(a_{PN} = \frac{y_N - y_P}{x_N - x_P} = \frac{1 - (-1)}{0 - (-3)} = \frac{2}{3}\)

\(a_{PR} = \frac{y_R - y_P}{x_R - x_P} = \frac{3 - (-1)}{3 - (-3)} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}\)

Conclusion :
Méthode 1 : Le déterminant étant nul (\(\det(\vec{PN}, \vec{PR}) = 0\)), les vecteurs \(\vec{PN}\) et \(\vec{PR}\) sont colinéaires.
Méthode 2 : Les coefficients directeurs étant égaux (\(a_{PN} = a_{PR} = \frac{2}{3}\)), les droites (PN) et (PR) sont confondues.

Réponse : Les points \(P\), \(N\) et \(R\) sont alignés.


Exercice 5 : Étude du parallélisme de droites ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans le plan muni d'un repère orthonormé, nous considérons quatre points : \(A(-3;1)\), \(B(1;3)\), \(C(1;-4)\), et \(D(7;-1)\). Ces quatre points définissent plusieurs droites, et nous souhaitons étudier les relations de parallélisme entre elles.

Rappel : Deux droites sont parallèles si et seulement si leurs vecteurs directeurs sont colinéaires, ce qui équivaut à dire que le déterminant de ces vecteurs directeurs est nul.

A(-3;1) B(1;3) C(1;-4) D(7;-1) (AB) (CD) (AC) (BD) AB CD O

Travail à effectuer :

  1. Placez les quatre points \(A\), \(B\), \(C\) et \(D\) sur une figure (voir ci-dessus).
  2. Étudiez le parallélisme des droites suivantes en calculant les déterminants des vecteurs directeurs correspondants :
    a) Les droites \((AB)\) et \((CD)\)
    b) Les droites \((AC)\) et \((BD)\)
1. Représentation graphique :
Les quatre points sont représentés sur la figure ci-dessus avec leurs coordonnées respectives.

2. Étude du parallélisme :

a) Parallélisme des droites \((AB)\) et \((CD)\) :
Calculons les vecteurs directeurs de ces droites :

\(\vec{AB} = \begin{pmatrix} x_B - x_A \\ y_B - y_A \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 - (-3) \\ 3 - 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 2 \end{pmatrix}\)

\(\vec{CD} = \begin{pmatrix} x_D - x_C \\ y_D - y_C \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 7 - 1 \\ -1 - (-4) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 \\ 3 \end{pmatrix}\)

Calculons le déterminant de ces vecteurs :
\(\det(\vec{AB}, \vec{CD}) = \begin{vmatrix} 4 & 6 \\ 2 & 3 \end{vmatrix} = 4 \times 3 - 6 \times 2 = 12 - 12 = 0\)

Conclusion : Le déterminant étant nul, les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) sont colinéaires. Par conséquent, les droites (AB) et (CD) sont parallèles.
Vérifions : \(\vec{CD} = \begin{pmatrix} 6 \\ 3 \end{pmatrix} = \frac{3}{2} \begin{pmatrix} 4 \\ 2 \end{pmatrix} = \frac{3}{2}\vec{AB}\)

b) Parallélisme des droites (AC) et (BD) :
Calculons les vecteurs directeurs de ces droites :

\(\vec{AC} = \begin{pmatrix} x_C - x_A \\ y_C - y_A \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 - (-3) \\ -4 - 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ -5 \end{pmatrix}\)

\(\vec{BD} = \begin{pmatrix} x_D - x_B \\ y_D - y_B \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 7 - 1 \\ -1 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 \\ -4 \end{pmatrix}\)

Calculons le déterminant de ces vecteurs :
\(\det(\vec{AC}, \vec{BD}) = \begin{vmatrix} 4 & 6 \\ -5 & -4 \end{vmatrix} = 4 \times (-4) - 6 \times (-5) = -16 + 30 = 14\)

Conclusion : Le déterminant étant non nul (\(\det(\vec{AC}, \vec{BD}) = 14 \neq 0\)), les vecteurs \(\vec{AC}\) et \(\vec{BD}\) ne sont pas colinéaires. Par conséquent, les droites \((AC)\) et \((BD)\) ne sont pas parallèles ; elles sont sécantes.

Synthèse des résultats :
• Les droites \((AB)\) et \((CD)\) sont parallèles
• Les droites \((AC)\) et \((BD)\) sont sécantes


Exercice 1 : Construction vectorielle ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit A, B et C trois points distincts du plan. Dans cet exercice, nous allons construire de nouveaux points en utilisant les relations vectorielles. La figure ci-dessous présente la configuration initiale avec les points A et B sur une ligne horizontale, et le point C placé plus bas.

A B C AB⃗ D CD⃗ E EC⃗
  1. Construire le point D tel que \(\vec{AB} = \vec{CD}\). Expliquer votre méthode de construction.
  2. Construire le point E tel que \(\vec{AB} = \vec{EC}\). Justifier la position du point E.
  3. Que peut-on dire du rôle du point C dans ces deux constructions ? Analyser sa position par rapport aux autres points.


Exercice 2 : Parallélogramme et symétrie ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABCD un parallélogramme de centre O. Dans cette figure, nous allons étudier les propriétés des symétriques de certains points et démontrer plusieurs relations vectorielles importantes. Le parallélogramme est représenté avec son centre O, et nous définissons I comme le milieu du segment [OC].

A B C D O I A' O' A'C⃗ DB⃗ OO'⃗
  1. Construire le parallélogramme ABCD et placer son centre O. Construire le point I, milieu du segment [OC].
  2. Construire A', le symétrique du point A par rapport au point D, puis O', le symétrique du point O par rapport au point B.
  3. Démontrer les relations vectorielles suivantes :
    1. \(\vec{A'C} = \vec{DB}\)
    2. \(\vec{DB} = \vec{OO'}\)
    3. Le point I est le milieu du segment [A'O']


Exercice 3 : Relation de Chasles ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : La relation de Chasles est une propriété fondamentale des vecteurs qui permet de décomposer un vecteur en une somme de vecteurs intermédiaires. Pour tout triplet de points A, B, C, nous avons : \(\vec{AC} = \vec{AB} + \vec{BC}\). Dans cet exercice, vous devez compléter plusieurs égalités vectorielles en appliquant cette relation.

A B C D E F G H I

Instructions : Complétez les égalités vectorielles suivantes en utilisant la relation de Chasles. Pour chaque cas, identifiez les points intermédiaires appropriés.

  1. \(\vec{IB} = \vec{IA} + \vec{A...}\)
  2. \(\vec{HF} = \vec{HG} + \vec{G...}\)
  3. \(\vec{DA} + \vec{CB} = \vec{D...}\) (en passant par un point intermédiaire)
  4. \(\vec{EF} + \vec{FE} = \vec{...}\)
  5. \(\vec{AM} = \vec{AB} + \vec{BC} + \vec{C...}\) (pour un point M quelconque)
  6. \(\vec{FE} + \vec{...} = \vec{0}\) (relation d'opposés)


Exercice 4 : Calcul vectoriel dans un repère ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé (O; \(\vec{i}\), \(\vec{j}\)), on considère les points A(1;2), B(-2;5) et C(-3;-3). Le calcul des coordonnées des vecteurs s'effectue en soustrayant les coordonnées du point d'origine de celles du point d'arrivée. Rappel : pour un vecteur \(\vec{MN}\), on a \(\vec{MN}\begin{pmatrix} x_N - x_M \\ y_N - y_M \end{pmatrix}\).

x y O 1 2 -1 -2 -3 1 2 5 -3 A(1;2) B(-2;5) C(-3;-3) AB⃗ CA⃗ BC⃗

Questions :

  1. Calculer les coordonnées du vecteur \(\vec{AB}\) et représenter ce vecteur sur la figure.
  2. Calculer les coordonnées du vecteur \(\vec{CA}\) et l'interpréter géométriquement.
  3. Calculer les coordonnées du vecteur \(\vec{BC}\) et vérifier la relation de Chasles avec les vecteurs précédents.
  4. Vérifier que \(\vec{AB} + \vec{BC} + \vec{CA} = \vec{0}\) (propriété du triangle).


Exercice 5 : Nature d'un quadrilatère ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé, on considère les points A(3;5), B(2;-1), C(-2;-4) et D(-1;2). Pour déterminer la nature d'un quadrilatère, nous devons étudier les relations entre ses côtés opposés. Un quadrilatère est un parallélogramme si et seulement si ses côtés opposés sont parallèles et de même longueur, ce qui se traduit par l'égalité des vecteurs représentant ces côtés.

x y O A(3;5) B(2;-1) C(-2;-4) D(-1;2) AB⃗ DC⃗ BC⃗ DA⃗

Questions :

  1. Calculer les coordonnées des vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{DC}\). Que peut-on en déduire ?
  2. Calculer les coordonnées des vecteurs \(\vec{BC}\) et \(\vec{AD}\). Confirmer votre conclusion.
  3. Quelle est la nature exacte du quadrilatère ABCD ? Justifier votre réponse.
  4. Calculer les coordonnées du centre de ce quadrilatère (intersection des diagonales).


Exercice 1 : Construction d'un parallélogramme ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans le plan muni d'un repère orthonormé, on considère trois points E(2 ; -1), F(-3 ; 4) et G(1 ; 4). On souhaite déterminer les coordonnées du point H pour que le quadrilatère EFGH soit un parallélogramme. Rappelons qu'un parallélogramme est un quadrilatère dont les côtés opposés sont parallèles et de même longueur, ce qui se traduit vectoriellement par l'égalité de certains vecteurs.

E(2,-1) F(-3,4) G(1,4) H(?) EF GH


Exercice 2 : Relation vectorielle et homothétie ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans le plan rapporté à un repère orthonormé, on donne deux points A(3 ; -4) et B(-1 ; 2). On cherche à déterminer les coordonnées du point C tel que le vecteur \(\vec{AC}\) soit égal à \(-2\vec{AB}\). Cette relation indique que C est l'image de A par une homothétie de centre A et de rapport -2, appliquée au point B.

A(3,-4) B(-1,2) C AB AC = -2AB


Exercice 3 : Combinaison linéaire de vecteurs ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit trois points M(-4 ; 2), N(0 ; 3) et P(1 ; -5) dans un repère orthonormé. On souhaite déterminer les coordonnées du point Q défini par la relation vectorielle \(\vec{MQ} = -3\vec{MN} + \vec{PN}\). Cette expression représente une combinaison linéaire de vecteurs, technique fondamentale en géométrie vectorielle pour exprimer la position d'un point en fonction d'autres points de référence.

M(-4,2) N(0,3) P(1,-5) Q MN PN MQ


Exercice 4 : Étude de la colinéarité vectorielle ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Deux vecteurs sont colinéaires s'ils ont la même direction, c'est-à-dire si l'un est un multiple scalaire de l'autre. Pour déterminer si deux vecteurs \(\vec{u}\begin{pmatrix} x_1 \\ y_1 \end{pmatrix}\) et \(\vec{v}\begin{pmatrix} x_2 \\ y_2 \end{pmatrix}\) sont colinéaires, on calcule leur déterminant : \(det(\vec{u},\vec{v}) = x_1 y_2 - x_2 y_1\). Les vecteurs sont colinéaires si et seulement si ce déterminant est nul.

Pour chaque paire de vecteurs suivante :

  1. Calculer le déterminant des deux vecteurs
  2. Déterminer s'ils sont colinéaires
  3. Si oui, trouver le coefficient de colinéarité k tel que \(\vec{v} = k\vec{u}\)
Groupe A :
a) \(\vec{u}\begin{pmatrix} -2 \\ 3 \end{pmatrix}\) et \(\vec{v}\begin{pmatrix} 3 \\ -4.5 \end{pmatrix}\)

b) \(\vec{s}\begin{pmatrix} 7 \\ -2 \end{pmatrix}\) et \(\vec{t}\begin{pmatrix} 14 \\ 4 \end{pmatrix}\)

c) \(\vec{u}\begin{pmatrix} -2 \\ 3 \end{pmatrix}\) et \(\vec{r}\begin{pmatrix} 3 \\ 4.5 \end{pmatrix}\)
Groupe B :
d) \(\vec{v}\begin{pmatrix} 3 \\ -4.5 \end{pmatrix}\) et \(\vec{w}\begin{pmatrix} -8 \\ 12 \end{pmatrix}\)

e) \(\vec{a}\begin{pmatrix} 7 \\ -2 \end{pmatrix}\) et \(\vec{b}\begin{pmatrix} 1 \\ -\frac{2}{7} \end{pmatrix}\)

f) \(\vec{m}\begin{pmatrix} 1 \\ -\frac{2}{7} \end{pmatrix}\) et \(\vec{n}\begin{pmatrix} 14 \\ 4 \end{pmatrix}\)


Exercice 5 : Analyse vectorielle complète ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Considérons quatre points dans le plan : D(-3 ; -1), E(-4 ; 2), F(2 ; -2) et G(1 ; 1). Cet exercice propose une analyse complète des relations vectorielles entre ces points. L'objectif est de calculer différents vecteurs, d'étudier leurs propriétés de colinéarité et de comprendre les relations géométriques qui peuvent exister entre eux.

D(-3,-1) E(-4,2) F(2,-2) G(1,1) GF DE
Questions à résoudre :
  1. Calculer les coordonnées des vecteurs suivants :
    1. \(\vec{GF}\) et \(\vec{DE}\)
    2. \(\vec{EG}\) et \(\vec{FD}\)
    3. \(\vec{EF}\) et \(\vec{DG}\)
    4. \(\vec{GE}\) et \(\vec{DF}\)
  2. Calculer le déterminant de chaque paire de vecteurs de la question 1.
  3. Déterminer quelles paires de vecteurs sont colinéaires et justifier votre réponse.
  4. Pour les paires colinéaires, déterminer le coefficient de colinéarité.
Exercice 1 : Vérifier le parallélisme de deux droites ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Le parallélisme de deux droites peut être vérifié à l'aide du déterminant de leurs vecteurs directeurs. Dans chacune des trois situations ci‑après, on dispose de deux droites (AB) et (CD) repérées par les coordonnées de leurs extrémités dans un repère orthonormé.

Méthode :

• Commencez par déterminer les vecteurs directeurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) en calculant les différences de coordonnées.

• Calculez ensuite le déterminant \(\Delta = x_{AB} \cdot y_{CD} - y_{AB} \cdot x_{CD}\).

• Concluez : si \(\Delta = 0\), les droites sont parallèles (leurs vecteurs directeurs sont colinéaires) ; sinon, elles sont sécantes.

A B C D (a) A(-2;1), B(3;4) C(2;2), D(5;4)
A B C D (b) A(2;2), B(5;4) C(1;4), D(-2;2)
A B C D (c) A(3;4), B(5;0) C(0;5), D(3;0)


Exercice 2 : Vérifier l'alignement de trois points ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Trois points A, B et C sont alignés si et seulement si les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires. Cette propriété peut être vérifiée en calculant le déterminant de ces deux vecteurs.

Méthode : Pour chacun des triplets de points suivants, déterminez s'ils sont alignés en utilisant le critère du déterminant.

• Calculez les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) (ou \(\vec{DE}\) et \(\vec{DF}\), etc.)

• Calculez le déterminant \(\Delta = x_{AB} \cdot y_{AC} - y_{AB} \cdot x_{AC}\)

• Si \(\Delta = 0\), les points sont alignés ; sinon, ils ne le sont pas.

A B C (a) A(-4;3), B(2;3), C(6;3)
D E F (b) D(2;5), E(-4;-3), F(5;9)
G H I (c) G(-2;1), H(3;4), I(5;5)


Exercice 3 : Appartenance d'un point à une droite ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Déterminer si un point appartient à une droite est un problème fondamental en géométrie analytique. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées selon la nature de la droite.

Méthodes possibles :

Méthode 1 (déterminant) : Un point C appartient à la droite (AB) si et seulement si les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires, c'est-à-dire si leur déterminant est nul.

Méthode 2 (équation cartésienne) : Établir l'équation cartésienne de la droite (AB) et vérifier si les coordonnées de C satisfont cette équation.

Pour chaque configuration ci-dessous, déterminez si le point C appartient à la droite (AB) en utilisant la méthode la plus appropriée.

A B C (a) A(2;3), B(2;-1), C(2;7)
A B C (b) A(1;4), B(-5;-4), C(4;8)
A B C (c) A(-3;0), B(2;3), C(4;4)
Solutions :
Cas Méthode Résultat
a) Droite verticale : \( x = 2 \) \( x_C = 2 \) ⇒ \( C \in (AB) \)
b) Déterminant \( \vec{AB}(-6;-8),\; \vec{AC}(3;4) \) \( (-6)\times 4 - (-8)\times 3 = 0 \) ⇒ \( C \in (AB) \)
c) Déterminant \( \vec{AB}(5;3),\; \vec{AC}(7;4) \) \( 5\times 4 - 3\times 7 = -1 \neq 0 \) ⇒ \( C \notin (AB) \)


Exercice 4 : Colinéarité de vecteurs ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Dans le plan muni d'un repère orthonormé, deux vecteurs sont colinéaires si et seulement si leur déterminant est nul. Pour chaque paire de vecteurs donnée ci-dessous, vous devez calculer le déterminant de ces deux vecteurs, puis déterminer s'ils sont colinéaires ou non. Dans le cas où ils sont colinéaires, vous préciserez la valeur du coefficient réel \( k \) tel que \( \vec{v} = k\vec{u} \).

Rappel : Pour deux vecteurs \( \vec{u}\begin{pmatrix}x_1\\y_1\end{pmatrix} \) et \( \vec{v}\begin{pmatrix}x_2\\y_2\end{pmatrix} \), le déterminant est \( \det(\vec{u},\vec{v}) = x_1y_2 - x_2y_1 \).

a) \( \vec{u}\begin{pmatrix}-2\\3\end{pmatrix} \) et \( \vec{v}\begin{pmatrix}3\\-4.5\end{pmatrix} \)

b) \( \vec{s}\begin{pmatrix}7\\-2\end{pmatrix} \) et \( \vec{t}\begin{pmatrix}14\\4\end{pmatrix} \)

c) \( \vec{u}\begin{pmatrix}-2\\3\end{pmatrix} \) et \( \vec{r}\begin{pmatrix}3\\4.5\end{pmatrix} \)
d) \( \vec{v}\begin{pmatrix}3\\-4.5\end{pmatrix} \) et \( \vec{w}\begin{pmatrix}-8\\12\end{pmatrix} \)

e) \( \vec{p}\begin{pmatrix}7\\-2\end{pmatrix} \) et \( \vec{m}\begin{pmatrix}1\\-\frac{2}{7}\end{pmatrix} \)

f) \( \vec{m}\begin{pmatrix}1\\-\frac{2}{7}\end{pmatrix} \) et \( \vec{t}\begin{pmatrix}14\\4\end{pmatrix} \)


Exercice 5 : Parallélisme de droites avec coordonnées fractionnaires ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Dans un repère orthonormé du plan, on considère quatre points dont les coordonnées sont données sous forme fractionnaire. Deux droites sont parallèles si et seulement si leurs vecteurs directeurs sont colinéaires, c'est-à-dire si le déterminant de ces vecteurs directeurs est nul.

Soient les points suivants :
\( A\left(-\frac{1}{3};0\right) \), \( B\left(\frac{2}{3};\frac{1}{3}\right) \), \( C\left(\frac{4}{3};-1\right) \) et \( D\left(0;\frac{2}{3}\right) \).

Questions :
1. Placez ces quatre points sur le repère orthonormé ci-dessous en vous aidant du quadrillage.
2. Déterminez si les droites suivantes sont parallèles en justifiant votre réponse par le calcul :
   (a) Les droites (AB) et (CD)
   (b) Les droites (BC) et (AD)

-1 1 2 1 -1 O A B C D — (AB) et (CD) — (BC) et (AD)


Exercice 1 : Construction vectorielle ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABC un triangle quelconque dans le plan. Le but de cet exercice est de construire précisément trois points D, E et F définis par des relations vectorielles spécifiques. Ces constructions permettront d'illustrer les propriétés fondamentales des vecteurs et leur application en géométrie.

On considère les trois points suivants :

  • Le point D tel que \(\vec{AD} = 3\vec{BA}\) (relation vectorielle 1)
  • Le point E tel que \(\vec{AE} = \vec{AB} - 3\vec{CA}\) (relation vectorielle 2)
  • Le point F tel que \(3\vec{FC} - 2\vec{FB} = \vec{0}\) (relation vectorielle 3)

Questions :

  1. Construire précisément les points D, E et F en expliquant votre démarche géométrique pour chaque construction.
  2. Exprimer chaque point en fonction des points de base A, B et C sous forme de combinaison linéaire.
  3. Vérifier que le point F est bien le barycentre de B et C avec les coefficients appropriés.
Solutions détaillées :

1. Construction des points :

0 100 200 300 400 500 100 200 300 -100 -50 A B C D BA E AB CA F FB FC A(200,250) B(300,250) C(250,150) D(-100,250) E(450,-50) F(280,210) 3BA AE • D : AD = 3BA BA = A - B = (200,250) - (300,250) = (-100,0) 3BA = 3(-100,0) = (-300,0) D = A + 3BA = (200,250) + (-300,0) = (-100,250) • E : AE = AB - 3CA AB = (300,250) - (200,250) = (100,0) CA = (200,250) - (250,150) = (-50,100) 3CA = (-150,300), AE = (100,0) - (-150,300) = (250,-300) E = A + AE = (200,250) + (250,-300) = (450,-50) • F : 3FC - 2FB = 0 ⟹ 3FC = 2FB F = (3B + 2C)/5 = (3×300+2×250, 3×250+2×150)/5 F = (900+500, 750+300)/5 = (1400,1050)/5 = (280,210)
Point D : \[ \vec{AD} = 3\vec{BA} = 3(\vec{A} - \vec{B}) = -3\vec{AB} \] Pour construire D, on part de A et on se déplace dans le sens opposé à \(\vec{AB}\) avec une longueur triple de AB.
Construction : Prolonger la demi-droite [AB) au-delà de A, et placer D tel que AD = 3AB.

Point E : \[ \vec{AE} = \vec{AB} - 3\vec{CA} = \vec{AB} - 3(\vec{A} - \vec{C}) = \vec{AB} + 3\vec{AC} \] Construction en deux étapes :
  • Partir de A et se déplacer selon \(\vec{AB}\) pour arriver en B
  • Depuis ce point, se déplacer selon \(3\vec{AC}\) (triple de AC dans la direction de C)

Point F : \[ 3\vec{FC} - 2\vec{FB} = \vec{0} \Rightarrow 3\vec{FC} = 2\vec{FB} \] \[ 3(\vec{C} - \vec{F}) = 2(\vec{B} - \vec{F}) \Rightarrow 3\vec{C} - 3\vec{F} = 2\vec{B} - 2\vec{F} \] \[ 3\vec{C} - 2\vec{B} = 3\vec{F} - 2\vec{F} = \vec{F} \] Donc \(\vec{F} = 3\vec{C} - 2\vec{B}\), ce qui signifie que F est le barycentre de B(coefficient -2) et C(coefficient 3).

2. Expressions en fonction de A, B, C :
\[ \begin{align} D &= A + \vec{AD} = A - 3\vec{AB} = A - 3(B - A) = 4A - 3B\\ E &= A + \vec{AE} = A + \vec{AB} + 3\vec{AC} = A + (B - A) + 3(C - A) = -3A + B + 3C\\ F &= \frac{3C - 2B}{3 + (-2)} = 3C - 2B \end{align} \]
3. Vérification pour F :
F est le barycentre de B avec coefficient -2 et C avec coefficient 3.
La somme des coefficients est : -2 + 3 = 1
Donc F divise le segment [BC] dans le rapport \(\frac{BF}{FC} = \frac{3}{2}\) (F est à l'extérieur de [BC], du côté de C).


Exercice 2 : Parallélogramme et propriétés du centre ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit EFGH un parallélogramme de centre O. Ce centre O est l'intersection des diagonales du parallélogramme et possède des propriétés remarquables que nous allons explorer. Dans cet exercice, nous allons construire deux nouveaux points S et T à partir de relations vectorielles impliquant les sommets du parallélogramme.

On considère les points S et T définis par les relations vectorielles suivantes :

  • \(\vec{OT} = \vec{OE} + \vec{OF}\)
  • \(\vec{OS} = \vec{OG} + \vec{OH}\)
E F G H O T S OT OS

Questions :

  1. Construire géométriquement les points S et T en utilisant les relations vectorielles données. Expliquer la méthode de construction.
  2. Démontrer algébriquement que \(\vec{OT} + \vec{OS} = \vec{0}\). Quelle propriété géométrique fondamentale pouvez-vous en déduire ?
  3. Calculer la longueur ST en fonction des côtés du parallélogramme EFGH.
  4. Montrer que le quadrilatère STGH est un parallélogramme.
Démonstration complète :

1. Construction géométrique :
Pour construire T : Utiliser la relation de Chasles. \(\vec{OT} = \vec{OE} + \vec{OF}\)
Méthode : Construire le parallélogramme OEAT où A est tel que \(\vec{OA} = \vec{OE} + \vec{OF}\). Alors T = A.

Pour construire S : De même, \(\vec{OS} = \vec{OG} + \vec{OH}\)
Construire le parallélogramme OGBS où B est tel que \(\vec{OB} = \vec{OG} + \vec{OH}\). Alors S = B.

2. Démonstration algébrique :
Dans un parallélogramme EFGH de centre O, on a les propriétés suivantes :
\[ \vec{OE} + \vec{OG} = \vec{0} \quad \text{(sommets opposés)} \] \[ \vec{OF} + \vec{OH} = \vec{0} \quad \text{(sommets opposés)} \] Par conséquent : \[ \begin{align} \vec{OT} + \vec{OS} &= (\vec{OE} + \vec{OF}) + (\vec{OG} + \vec{OH}) \\ &= (\vec{OE} + \vec{OG}) + (\vec{OF} + \vec{OH}) \\ &= \vec{0} + \vec{0} = \vec{0} \end{align} \] Propriété géométrique : Puisque \(\vec{OT} + \vec{OS} = \vec{0}\), on a \(\vec{OT} = -\vec{OS}\).
Cela signifie que O est le milieu du segment [ST].

3. Calcul de ST :
\[ ST = 2 \cdot OT = 2 \|\vec{OT}\| = 2 \|\vec{OE} + \vec{OF}\| \] En utilisant les propriétés du parallélogramme et la règle du parallélogramme : \[ ST = 2\sqrt{EF^2 + EH^2 - 2 \cdot EF \cdot EH \cdot \cos(\angle FEH)} \] Ou plus simplement, en coordonnées : \(ST = 2 \cdot \text{diagonale du parallélogramme formé par } \vec{OE} \text{ et } \vec{OF}\)

4. Propriété du quadrilatère STGH :
Pour montrer que STGH est un parallélogramme, il suffit de montrer que \(\vec{ST} = \vec{HG}\).
\[ \vec{ST} = \vec{OT} - \vec{OS} = (\vec{OE} + \vec{OF}) - (\vec{OG} + \vec{OH}) \] \[ = \vec{OE} + \vec{OF} - \vec{OG} - \vec{OH} \] Dans le parallélogramme EFGH : \(\vec{HG} = \vec{EF}\) et \(\vec{OE} - \vec{OG} = \vec{GE}\), \(\vec{OF} - \vec{OH} = \vec{HF}\)
On peut vérifier que \(\vec{ST} = \vec{HG}\), donc STGH est un parallélogramme.


Exercice 3 : Triangle rectangle et construction vectorielle ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABC un triangle rectangle en A. Cette propriété d'angle droit va jouer un rôle important dans les calculs vectoriels et les propriétés géométriques que nous allons établir. À partir de ce triangle de base, nous construisons deux nouveaux points D et E selon des relations vectorielles précises.

Les points D et E sont définis par les relations suivantes :

  • \(\vec{AD} = \vec{BA}\) (translation vectorielle)
  • \(\vec{CE} = \vec{CB} + \vec{CD}\) (composition de translations)
A B C 90° D E AD = BA CE

Questions :

  1. Construire précisément les points D et E en expliquant votre démarche géométrique pour chaque construction.
  2. Déterminer la nature exacte du quadrilatère BCDE en utilisant le calcul vectoriel. Justifier votre réponse.
  3. Calculer les coordonnées de tous les points dans le repère orthonormé (A, \(\vec{AB}\), \(\vec{AC}\)).
  4. Calculer l'aire du quadrilatère BCDE en fonction de l'aire du triangle ABC.
Correction détaillée :

1. Construction géométrique :

Construction de D :
\(\vec{AD} = \vec{BA} = -\vec{AB}\)
Pour construire D : partir de A et se déplacer dans le sens opposé à \(\vec{AB}\) d'une distance égale à AB.
Méthode : Prolonger la droite (AB) au-delà de A, et placer D tel que AD = AB.
D est le symétrique de B par rapport à A.

Construction de E :
\(\vec{CE} = \vec{CB} + \vec{CD}\)
Méthode par composition :
1) Partir de C et se déplacer selon \(\vec{CB}\) pour arriver en B
2) Depuis B, se déplacer selon \(\vec{CD}\) pour arriver en E
Ou directement : construire le parallélogramme CBDE où E est le sommet opposé à C.

2. Nature du quadrilatère BCDE :
Calculons \(\vec{BE}\) et \(\vec{CD}\) :
\[ \vec{BE} = \vec{BC} + \vec{CE} = \vec{BC} + \vec{CB} + \vec{CD} = \vec{CD} \] Puisque \(\vec{BE} = \vec{CD}\), les côtés opposés [BE] et [CD] sont égaux et parallèles.
Donc BCDE est un parallélogramme.

Vérifions s'il s'agit d'un rectangle :
\[ \vec{BC} \cdot \vec{CD} = \vec{BC} \cdot \vec{CA} + \vec{BC} \cdot \vec{AD} \] Dans le repère (A, \(\vec{AB}\), \(\vec{AC}\)) :
\(\vec{BC} = \vec{AC} - \vec{AB}\) et \(\vec{CD} = \vec{AD} - \vec{AC} = -\vec{AB} - \vec{AC}\)
\[ \vec{BC} \cdot \vec{CD} = (\vec{AC} - \vec{AB}) \cdot (-\vec{AB} - \vec{AC}) = -|\vec{AC}|^2 + |\vec{AB}|^2 \] Pour que BCDE soit un rectangle, il faut \(\vec{BC} \cdot \vec{CD} = 0\), soit \(|\vec{AB}| = |\vec{AC}|\).
Si AB = AC, alors BCDE est un rectangle. Sinon, c'est un parallélogramme quelconque.

3. Coordonnées dans le repère (A, \(\vec{AB}\), \(\vec{AC}\)) :
\[ \begin{align} A &= (0, 0)\\ B &= (1, 0)\\ C &= (0, 1)\\ D &= A + \vec{AD} = A - \vec{AB} = (0, 0) - (1, 0) = (-1, 0)\\ E &= C + \vec{CE} = C + \vec{CB} + \vec{CD} = (0, 1) + (-1, 1) + (-1, -1) = (-2, 1) \end{align} \]
4. Aire du quadrilatère BCDE :
L'aire d'un parallélogramme est donnée par : \(|\vec{BC} \times \vec{CD}|\)
Dans le repère orthonormé :
\(\vec{BC} = (-1, 1)\) et \(\vec{CD} = (-1, -1)\)
\[ \text{Aire}(BCDE) = |(-1) \times (-1) - 1 \times (-1)| = |1 + 1| = 2 \] L'aire du triangle ABC est : \(\frac{1}{2} \times AB \times AC = \frac{1}{2} \times 1 \times 1 = \frac{1}{2}\)
Donc : \(\text{Aire}(BCDE) = 4 \times \text{Aire}(ABC)\)


Exercice 4 : Analyse critique - Vrai/Faux et réciproques ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Cet exercice vous propose d'analyser de manière critique plusieurs affirmations concernant les relations vectorielles et les propriétés géométriques. Pour chaque affirmation, vous devez déterminer si elle est vraie ou fausse, puis fournir une justification rigoureuse. Cette démarche d'analyse critique est essentielle pour développer une compréhension approfondie des concepts vectoriels.

Pour chaque affirmation, vous devrez :

  • Déterminer si l'affirmation est vraie ou fausse
  • Justifier votre réponse par une démonstration rigoureuse ou fournir un contre-exemple précis
  • Analyser la réciproque de chaque affirmation

Affirmations à analyser :

  1. Si \(\vec{AB} = 3\vec{AC}\) alors les points A, B et C sont nécessairement alignés.
  2. Si \(\vec{AB} = \frac{3}{4}\vec{CD}\) alors les droites (AB) et (CD) sont parallèles.
  3. Si ABCD est un parallélogramme alors \(\vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DB}\).
  4. Si ABCD est un trapèze alors il existe un réel k tel que \(\vec{AB} = k\vec{CD}\).
A C B a) VRAI AB CD b) FAUX A B C D c) VRAI A B C D d) FAUX

Partie 2 : Pour chaque affirmation, énoncez clairement sa réciproque et déterminez si cette réciproque est vraie ou fausse. Justifiez vos réponses.

Analyse complète des affirmations :

Affirmation V/F Justification
a) \(\vec{AB} = 3\vec{AC} \Rightarrow\) A, B, C alignés VRAI Les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires (l'un est multiple de l'autre), donc les points A, B et C sont alignés.
b) \(\vec{AB} = \frac{3}{4}\vec{CD} \Rightarrow\) (AB) ∥ (CD) FAUX Cette relation signifie que les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) sont colinéaires, donc les droites (AB) et (CD) sont parallèles ou confondues. L'affirmation est donc vraie, pas fausse.
c) ABCD parallélogramme \(\Rightarrow \vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DB}\) VRAI Règle du parallélogramme : \(\vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DB}\) (diagonale du parallélogramme formé par DA et DC)
d) ABCD trapèze \(\Rightarrow \exists k : \vec{AB} = k\vec{CD}\) FAUX Vrai seulement si AB et CD sont les côtés parallèles du trapèze. Si AD et BC sont les côtés parallèles, alors AB et CD ne sont pas forcément colinéaires.
Correction de l'affirmation b) : L'affirmation est en fait VRAIE. Si \(\vec{AB} = \frac{3}{4}\vec{CD}\), alors les vecteurs sont colinéaires, donc les droites sont parallèles.

Démonstrations détaillées :

a) Démonstration :
Si \(\vec{AB} = 3\vec{AC}\), alors \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires.
Par définition, deux vecteurs colinéaires ayant le même point d'origine déterminent des points alignés.
Donc A, B et C sont alignés, avec B situé sur la demi-droite [AC) à une distance 3AC de A.

b) Démonstration :
Si \(\vec{AB} = \frac{3}{4}\vec{CD}\), alors les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) sont colinéaires.
Deux vecteurs colinéaires déterminent des droites parallèles ou confondues.
Donc les droites (AB) et (CD) sont parallèles.

c) Démonstration :
Dans un parallélogramme ABCD, utilisons la relation de Chasles :
\[ \vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DA} + \vec{DA} + \vec{AC} = 2\vec{DA} + \vec{AC} \] Or, dans un parallélogramme : \(\vec{AC} = \vec{AB} + \vec{BC} = \vec{AB} + \vec{AD}\)
Et \(\vec{DB} = \vec{DA} + \vec{AB}\)
Par la règle du parallélogramme : \(\vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DB}\)

d) Contre-exemple :
Considérons un trapèze ABCD où AD ∥ BC mais AB et CD ne sont pas parallèles.
Dans ce cas, \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) ne sont pas colinéaires, donc il n'existe pas de réel k tel que \(\vec{AB} = k\vec{CD}\).

Réciproques :
  • a) Si A, B, C sont alignés, alors \(\vec{AB} = k\vec{AC}\) pour un certain k ∈ ℝ. VRAIE
  • b) Si (AB) ∥ (CD), alors \(\vec{AB} = k\vec{CD}\) pour un certain k ∈ ℝ. VRAIE
  • c) Si \(\vec{DA} + \vec{DC} = \vec{DB}\), alors ABCD est un parallélogramme. VRAIE
  • d) Si \(\vec{AB} = k\vec{CD}\), alors ABCD est un trapèze. FAUSSE (pourrait être un parallélogramme)


Exercice 5 : Colinéarité et alignement - Étude approfondie ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABC un triangle non aplati (non dégénéré). Cette condition assure que les trois points A, B et C ne sont pas alignés, ce qui est essentiel pour la validité des constructions vectorielles que nous allons effectuer. L'objectif de cet exercice est d'étudier l'alignement de points construits à partir de relations vectorielles impliquant les sommets du triangle.

À partir du triangle ABC, nous définissons deux nouveaux points M et N par les relations vectorielles suivantes :

  • \(\vec{AM} = \vec{AB} - 2\vec{AC}\)
  • \(\vec{AN} = \frac{1}{2}\vec{AB} - \vec{AC}\)
A B C M N Droite (AMN) AB AC AM AN AM = AB - 2AC AN = ½AB - AC

Questions :

  1. Construire géométriquement les points M et N en utilisant les relations vectorielles données. Expliquer précisément la méthode de construction pour chaque point.
  2. Démontrer que les vecteurs \(\vec{AM}\) et \(\vec{AN}\) sont colinéaires en trouvant un réel k tel que \(\vec{AM} = k\vec{AN}\).
  3. Que peut-on en déduire pour les points A, M et N ? Justifier géométriquement cette conclusion.
  4. Calculer le rapport \(\frac{AM}{AN}\) et déterminer la position relative des points sur la droite.
  5. Exprimer les coordonnées de M et N dans le repère (A, \(\vec{AB}\), \(\vec{AC}\)).
Démonstration complète :

1. Construction géométrique :

Construction de M :
\(\vec{AM} = \vec{AB} - 2\vec{AC}\)
Méthode par composition vectorielle :
• Partir de A et se déplacer selon \(\vec{AB}\) pour arriver en B
• Depuis B, se déplacer selon \(-2\vec{AC}\) (opposé de 2AC) pour arriver en M
Alternative : construire le parallélogramme ABPM où P est tel que \(\vec{AP} = -2\vec{AC}\)

Construction de N :
\(\vec{AN} = \frac{1}{2}\vec{AB} - \vec{AC}\)
Méthode par composition vectorielle :
• Partir de A et se déplacer selon \(\frac{1}{2}\vec{AB}\) pour arriver au milieu I de [AB]
• Depuis I, se déplacer selon \(-\vec{AC}\) pour arriver en N

2. Démonstration de colinéarité :
Cherchons s'il existe un réel k tel que \(\vec{AM} = k\vec{AN}\).
\[ \vec{AM} = \vec{AB} - 2\vec{AC} \] \[ \vec{AN} = \frac{1}{2}\vec{AB} - \vec{AC} \] Essayons de factoriser \(\vec{AM}\) :
\[ \vec{AM} = \vec{AB} - 2\vec{AC} = 2\left(\frac{1}{2}\vec{AB} - \vec{AC}\right) = 2\vec{AN} \] Donc \(\vec{AM} = 2\vec{AN}\) avec k = 2.
Les vecteurs \(\vec{AM}\) et \(\vec{AN}\) sont colinéaires.

3. Conclusion géométrique :
Puisque les vecteurs \(\vec{AM}\) et \(\vec{AN}\) sont colinéaires et ont le même point d'origine A, les points A, M et N sont alignés.
De plus, comme \(\vec{AM} = 2\vec{AN}\) et que les deux vecteurs ont le même sens (k = 2 > 0), le point M est situé sur la demi-droite [AN) à une distance double de AN depuis A.
L'ordre des points sur la droite est : A, puis N, puis M.

4. Calcul du rapport :
\[ \frac{AM}{AN} = \frac{\|\vec{AM}\|}{\|\vec{AN}\|} = |k| = |2| = 2 \] Donc AM = 2AN, ce qui confirme que N est le milieu du segment [AM].
Position relative : A-N-M avec AN = NM.

5. Coordonnées dans le repère (A, \(\vec{AB}\), \(\vec{AC}\)) :
Dans ce repère, nous avons :
• A = (0, 0)
• \(\vec{AB}\) correspond au vecteur (1, 0)
• \(\vec{AC}\) correspond au vecteur (0, 1)
Pour le point M :
\[ \vec{AM} = \vec{AB} - 2\vec{AC} = (1, 0) - 2(0, 1) = (1, -2) \] Donc M = A + (1, -2) = (1, -2)
Pour le point N :
\[ \vec{AN} = \frac{1}{2}\vec{AB} - \vec{AC} = \frac{1}{2}(1, 0) - (0, 1) = \left(\frac{1}{2}, -1\right) \] Donc N = A + \(\left(\frac{1}{2}, -1\right)\) = \(\left(\frac{1}{2}, -1\right)\)

Vérification : \(\vec{AM} = (1, -2) = 2\left(\frac{1}{2}, -1\right) = 2\vec{AN}\) ✓

Interprétation géométrique :
Les points M et N sont situés dans le demi-plan opposé à C par rapport à la droite (AB), et ils sont alignés avec A. Cette construction illustre parfaitement les propriétés de colinéarité et les relations métriques dans les constructions vectorielles.


Exercice 1 : Vecteurs et alignement ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans le plan, nous allons étudier les propriétés d'alignement de points définis par des relations vectorielles. Soit ABC un triangle quelconque.

  1. Construire un triangle ABC dans le plan.
  2. Placer les points M, P et N selon les conditions vectorielles suivantes :
    1. Le point M est défini par la relation \(\vec{BM} = \vec{BA} + \vec{BC}\)
    2. Le point P est défini par la relation \(\vec{MP} = 2\vec{MA}\)
    3. Le point N est défini par la relation \(\vec{MN} = 2\vec{MC}\)
  3. Démontrer que \(\vec{PN} = 2\vec{PB}\). En déduire la nature géométrique de la relation entre les points P, N et B.
A B C M
Correction détaillée :

1. Construction du triangle ABC :
On trace un triangle ABC quelconque dans le plan.

2. Placement des points :
Point M : La relation \(\vec{BM} = \vec{BA} + \vec{BC}\) signifie que M est obtenu en appliquant la règle du parallélogramme depuis B. M est le sommet du parallélogramme de côtés BA et BC.
Point P : La relation \(\vec{MP} = 2\vec{MA}\) indique que P est situé sur la droite (MA) tel que MP = 2MA.
Point N : La relation \(\vec{MN} = 2\vec{MC}\) indique que N est situé sur la droite (MC) tel que MN = 2MC.

A B C M P N
3. Démonstration de \(\vec{PN} = 2\vec{PB}\) :
Calculons \(\vec{PN}\) en utilisant la relation de Chasles :
\(\vec{PN} = \vec{PM} + \vec{MN}\)

Or, \(\vec{PM} = -\vec{MP} = -2\vec{MA}\) et \(\vec{MN} = 2\vec{MC}\)
Donc : \(\vec{PN} = -2\vec{MA} + 2\vec{MC} = 2(\vec{MC} - \vec{MA}) = 2\vec{AC}\)

Calculons maintenant \(\vec{PB}\) :
\(\vec{PB} = \vec{PM} + \vec{MB} = -2\vec{MA} + \vec{MB}\)
Sachant que \(\vec{BM} = \vec{BA} + \vec{BC}\), on a \(\vec{MB} = -(\vec{BA} + \vec{BC}) = \vec{AB} + \vec{CB}\)
Donc : \(\vec{PB} = -2\vec{MA} + \vec{AB} + \vec{CB} = \vec{AB} - 2\vec{MA} + \vec{CB}\)
En utilisant \(\vec{MA} = \vec{AB} - \vec{MB}\) et après calculs, on trouve :
\(\vec{PB} = \vec{AC}\)

Conclusion : Puisque \(\vec{PN} = 2\vec{AC}\) et \(\vec{PB} = \vec{AC}\), nous avons bien \(\vec{PN} = 2\vec{PB}\).
Cette relation vectorielle signifie que les points P, N et B sont alignés, et que N est situé sur la demi-droite [PB) tel que PN = 2PB.


Exercice 2 : Translation et symétrie ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans cet exercice, nous allons étudier les transformations géométriques et leurs propriétés. Soit DEF un triangle quelconque dans le plan.

Le point H est défini comme étant le symétrique du point D par rapport au point F. Le point G est défini par la relation vectorielle \(\vec{DG} = \vec{DE} + \vec{DF}\).

  1. Construire une figure représentant le triangle DEF ainsi que les points G et H selon les conditions données.
  2. Démontrer que le triangle FGH est l'image du triangle DEF par une translation. Préciser le vecteur de cette translation en justifiant votre réponse.
D E F H G
Correction détaillée :

1. Construction de la figure :
• On trace le triangle DEF
• H est le symétrique de D par rapport à F, ce qui signifie que F est le milieu du segment [DH]
• G est construit en utilisant la relation vectorielle \(\vec{DG} = \vec{DE} + \vec{DF}\) (règle du parallélogramme)

D E F G H DF
2. Démonstration de la translation :
Pour prouver que le triangle FGH est l'image du triangle DEF par une translation, nous devons montrer que :
• \(\vec{DF} = \vec{EG}\)
• \(\vec{DF} = \vec{FH}\)

Calcul de \(\vec{EG}\) :
\(\vec{EG} = \vec{ED} + \vec{DG} = -\vec{DE} + (\vec{DE} + \vec{DF}) = \vec{DF}\)

Calcul de \(\vec{FH}\) :
Puisque H est le symétrique de D par rapport à F, F est le milieu de [DH].
Donc : \(\vec{FH} = -\vec{FD} = \vec{DF}\)

Conclusion :
Nous avons prouvé que :
• \(\vec{DF} = \vec{EG}\) : le côté [DE] du triangle DEF est transformé en [FG] du triangle FGH
• \(\vec{DF} = \vec{FH}\) : le côté [EF] du triangle DEF est transformé en [GH] du triangle FGH

Par conséquent, le triangle FGH est bien l'image du triangle DEF par la translation de vecteur \(\vec{DF}\).


Exercice 3 : Quadrilatère et milieux ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

Dans cet exercice, nous allons découvrir une propriété remarquable des quadrilatères quelconques. Soit ABCD un quadrilatère quelconque dans le plan.

On désigne par I, J, K et L les milieux respectifs des côtés [AB], [BC], [CD] et [DA].

  1. À l'aide d'un logiciel de géométrie dynamique ou par construction géométrique, conjecturer la nature du quadrilatère IJKL formé par les milieux des côtés.
  2. Démontrer que \(\vec{IJ} = \frac{1}{2}\vec{AC}\) en utilisant les propriétés des milieux.
  3. Exprimer de manière similaire le vecteur \(\vec{LK}\) en fonction du vecteur \(\vec{AC}\).
  4. En déduire la nature exacte du quadrilatère IJKL et énoncer le théorème correspondant.
A B C D I J K L
Correction détaillée :

1. Conjecture :
En observant différents quadrilatères ABCD et leurs milieux I, J, K, L, on conjecture que le quadrilatère IJKL est toujours un parallélogramme, quelle que soit la forme du quadrilatère ABCD initial.

A B C D I J K L AC BD
2. Démonstration de \(\vec{IJ} = \frac{1}{2}\vec{AC}\) :
I est le milieu de [AB] et J est le milieu de [BC].
Utilisons la relation de Chasles :
\(\vec{IJ} = \vec{IB} + \vec{BJ}\)

Puisque I est le milieu de [AB] : \(\vec{IB} = \frac{1}{2}\vec{AB}\)
Puisque J est le milieu de [BC] : \(\vec{BJ} = \frac{1}{2}\vec{BC}\)

Donc : \(\vec{IJ} = \frac{1}{2}\vec{AB} + \frac{1}{2}\vec{BC} = \frac{1}{2}(\vec{AB} + \vec{BC}) = \frac{1}{2}\vec{AC}\)

3. Expression de \(\vec{LK}\) :
L est le milieu de [DA] et K est le milieu de [CD].
Utilisons la relation de Chasles :
\(\vec{LK} = \vec{LD} + \vec{DK}\)

Puisque L est le milieu de [DA] : \(\vec{LD} = \frac{1}{2}\vec{AD}\)
Puisque K est le milieu de [CD] : \(\vec{DK} = \frac{1}{2}\vec{DC}\)

Donc : \(\vec{LK} = \frac{1}{2}\vec{AD} + \frac{1}{2}\vec{DC} = \frac{1}{2}(\vec{AD} + \vec{DC}) = \frac{1}{2}\vec{AC}\)

4. Conclusion :
Nous avons démontré que \(\vec{IJ} = \frac{1}{2}\vec{AC}\) et \(\vec{LK} = \frac{1}{2}\vec{AC}\).
Par conséquent : \(\vec{IJ} = \vec{LK}\)

De manière similaire, on peut montrer que \(\vec{IL} = \vec{JK} = \frac{1}{2}\vec{BD}\).

Théorème de Varignon : Dans tout quadrilatère, le quadrilatère formé par les milieux des côtés est un parallélogramme. Ce parallélogramme est appelé le parallélogramme de Varignon.


Exercice 4 : Coordonnées et vecteurs ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

Dans cet exercice, nous travaillerons dans un repère orthonormé du plan. Nous allons étudier les propriétés géométriques de points définis par des relations vectorielles.

  1. Dans un repère orthonormé \((O, \vec{i}, \vec{j})\), placer les points V(-1; -1.5), A(-2; 0) et T(5; 0).
  2. Placer le point E tel que \(\vec{VA} = \frac{2}{3}\vec{VE}\). Calculer les coordonnées de E.
  3. Placer le point U tel que le vecteur \(\vec{TU}\) ait pour coordonnées \(\begin{pmatrix} -2 \\ 0.5 \end{pmatrix}\). En déduire les coordonnées de U.
  4. Étudier la position relative des droites (OU) et (ET). Ces droites sont-elles parallèles, sécantes ou confondues ? Justifier votre réponse.
V(-1; -1.5) A(-2; 0) T(5; 0) VA x y O
Correction détaillée :

1. Placement des points dans le repère :
Les points V(-1; -1.5), A(-2; 0) et T(5; 0) sont placés dans le repère orthonormé.

2. Calcul des coordonnées de E :
La condition \(\vec{VA} = \frac{2}{3}\vec{VE}\) peut être réécrite comme \(\vec{VE} = \frac{3}{2}\vec{VA}\).

Calculons d'abord \(\vec{VA}\) :
\(\vec{VA} = \begin{pmatrix} -2 - (-1) \\ 0 - (-1.5) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 \\ 1.5 \end{pmatrix}\)

Donc : \(\vec{VE} = \frac{3}{2} \begin{pmatrix} -1 \\ 1.5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1.5 \\ 2.25 \end{pmatrix}\)

Les coordonnées de E sont :
\(E = V + \vec{VE} = (-1; -1.5) + (-1.5; 2.25) = (-2.5; 0.75)\)

3. Calcul des coordonnées de U :
Le vecteur \(\vec{TU}\) a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} -2 \\ 0.5 \end{pmatrix}\).

Les coordonnées de U sont :
\(U = T + \vec{TU} = (5; 0) + (-2; 0.5) = (3; 0.5)\)

V A T E(-2.5; 0.75) U(3; 0.5) I (OU) (ET)
4. Étude de la position relative des droites (OU) et (ET) :
Droite (OU) :
Le vecteur directeur de (OU) est \(\vec{OU} = \begin{pmatrix} 3 \\ 0.5 \end{pmatrix}\).
Le coefficient directeur de (OU) est : \(m_1 = \frac{0.5}{3} = \frac{1}{6}\)

Droite (ET) :
Le vecteur directeur de (ET) est \(\vec{ET} = \begin{pmatrix} 5 - (-2.5) \\ 0 - 0.75 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 7.5 \\ -0.75 \end{pmatrix}\).
Le coefficient directeur de (ET) est : \(m_2 = \frac{-0.75}{7.5} = -\frac{1}{10}\)

Conclusion :
Puisque \(m_1 = \frac{1}{6} \neq -\frac{1}{10} = m_2\), les droites (OU) et (ET) ne sont pas parallèles.
Puisque \(m_1 \times m_2 = \frac{1}{6} \times (-\frac{1}{10}) = -\frac{1}{60} \neq -1\), les droites ne sont pas perpendiculaires.

Par conséquent, les droites (OU) et (ET) sont sécantes.


Exercice 5 : Géométrie analytique ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

Dans cet exercice, nous allons étudier les propriétés géométriques de points définis par des relations vectorielles dans un repère orthonormé. Soit les points A(-1; 3), B(1; 6), C(2; 4) et D(-2; -2).

  1. Calculer les coordonnées des points K, L et M définis par les relations vectorielles suivantes :
    • K est défini par \(\vec{AK} = \frac{1}{2}\vec{AD}\)
    • L est défini par \(\vec{LC} = \frac{1}{2}\vec{BC}\)
    • M est défini par \(\vec{MA} + \vec{MC} = \vec{0}\) (M est le milieu de [AC])
  2. Étudier le parallélisme des droites (AB) et (DC). Les droites (AB) et (DC) sont-elles parallèles ? Justifier votre réponse par le calcul.
  3. Démontrer que les points K, L et M sont alignés en utilisant le calcul vectoriel.
  4. Construire une figure précise pour contrôler et visualiser vos résultats.
A(-1; 3) B(1; 6) C(2; 4) D(-2; -2) x y O
Correction détaillée :

1. Calcul des coordonnées des points K, L et M :

Point K : \(\vec{AK} = \frac{1}{2}\vec{AD}\)
\(\vec{AD} = \begin{pmatrix} -2 - (-1) \\ -2 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 \\ -5 \end{pmatrix}\)

\(\vec{AK} = \frac{1}{2} \begin{pmatrix} -1 \\ -5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -0.5 \\ -2.5 \end{pmatrix}\)

\(K = A + \vec{AK} = (-1; 3) + (-0.5; -2.5) = (-1.5; 0.5)\)

Point L : \(\vec{LC} = \frac{1}{2}\vec{BC}\)
\(\vec{BC} = \begin{pmatrix} 2 - 1 \\ 4 - 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \end{pmatrix}\)

\(\vec{LC} = \frac{1}{2} \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0.5 \\ -1 \end{pmatrix}\)

\(L = C - \vec{LC} = (2; 4) - (0.5; -1) = (1.5; 5)\)

Point M : \(\vec{MA} + \vec{MC} = \vec{0}\)
Cela signifie que M est le milieu du segment [AC].
\(M = \frac{A + C}{2} = \frac{(-1; 3) + (2; 4)}{2} = \frac{(1; 7)}{2} = (0.5; 3.5)\)

2. Étude du parallélisme des droites (AB) et (DC) :
Vecteur directeur de (AB) :
\(\vec{AB} = \begin{pmatrix} 1 - (-1) \\ 6 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix}\)

Vecteur directeur de (DC) :
\(\vec{DC} = \begin{pmatrix} 2 - (-2) \\ 4 - (-2) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 6 \end{pmatrix}\)

On remarque que \(\vec{DC} = 2\vec{AB}\), donc les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{DC}\) sont colinéaires.
Conclusion : Les droites (AB) et (DC) sont parallèles.

3. Démonstration de l'alignement de K, L et M :
Pour montrer que K, L et M sont alignés, nous devons prouver que les vecteurs \(\vec{KL}\) et \(\vec{KM}\) sont colinéaires.

Calcul de \(\vec{KL}\) :
\(\vec{KL} = \begin{pmatrix} 1.5 - (-1.5) \\ 5 - 0.5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 \\ 4.5 \end{pmatrix}\)

Calcul de \(\vec{KM}\) :
\(\vec{KM} = \begin{pmatrix} 0.5 - (-1.5) \\ 3.5 - 0.5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix}\)

Vérifions si \(\vec{KL}\) et \(\vec{KM}\) sont colinéaires :
\(\vec{KL} = \begin{pmatrix} 3 \\ 4.5 \end{pmatrix} = 1.5 \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix} = 1.5 \vec{KM}\)

Conclusion : Les vecteurs \(\vec{KL}\) et \(\vec{KM}\) sont colinéaires, donc les points K, L et M sont alignés.

4. Figure de contrôle :
A B C D K L M (AB) // (DC) (KLM)
La figure confirme nos calculs : les points K, L et M sont bien alignés, et les droites (AB) et (DC) sont parallèles.
Exercice 1 : Géométrie analytique ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : On donne les points A(6 ; 3), B(-3 ; 0), C(5 ; 4) et D(-1 ; 1).

  1. Montrer que les droites (OA) et (BC) sont parallèles.
  2. Les points B, C et D sont-ils alignés ?
  3. Déterminer y pour que le point M(25 ; y) appartienne à la droite (AB).
A B C D O
Correction :
1. Vecteurs OA(6,3) et BC(8,4) ⇒ colinéaires (BC = (4/3)OA) ⇒ parallèles
2. Vecteurs BD(2,1) et BC(8,4) ⇒ colinéaires ⇒ points alignés
3. Équation (AB): y = (1/3)x + 1 ⇒ pour x=25, y=28/3


Exercice 2 : Relation vectorielle ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Le plan est muni d'une base. A, B et C sont trois points tels que pour tout point M : 2MA - 3MB + MC = 0

  1. Montrer que A, B et C sont alignés.
  2. Représenter ces points.
x y
Correction :
1. En prenant M=A : -3AB + AC = 0 ⇒ AC = 3AB ⇒ colinéaires ⇒ alignés
A B C


Exercice 3 : Alignement conditionnel ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABC un triangle et a un réel. Points définis par :

  • AM = a·AB
  • AS = (2/5)AC
  • BT = (3/7)BC

Trouver a pour que S, T et M soient alignés.

A B C
Correction :
• Exprimer ST et SM en fonction de a
• Résoudre colinéarité ⇒ a = 14/25


Exercice 4 : Symétrie centrale ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit A(7;3), B(1;-1), C(9;-3). D et E milieux de [AB] et [AC]. Symétrie centrale de centre A transforme D en D' et E en E'.

  1. Calculer coordonnées de E, D et vecteur ED
  2. Déduire coordonnées de E'D'
  3. Comparer BC et E'D'
A B C
Correction :
1. D(4,1), E(8,0), ED(-4,1)
2. E'D' = -ED ⇒ (4,-1)
E' D' 3. BC(8,-2) = 2E'D' ⇒ parallèles


Exercice 5 : Homothétie ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit ABC non alignés. Homothétie de centre C et rapport -1/3 transforme A en A' et B en B'.

  1. Construire la figure
  2. Donner les égalités vectorielles
  3. Montrer que (AB) ∥ (A'B')
A B C
Correction :
1. Construction avec A' et B' à 1/3 de C dans le sens opposé
2. CA' = (-1/3)CA, CB' = (-1/3)CB
3. A'B' = (-1/3)AB ⇒ parallèles

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