INFO EX BAC GEOM ESP

                        INFO EXERCICES DE BAC.    DE    GEOMETRIE    DANS L'ESPACE                     MAI 2011         TS

              EXERCICE  1

                  Dans l'espace muni d'un repère orthonormal ( O, vect( i ) , vect( j ) ) on considère les points :

                     A( 1 ; 1 ; 0 )          B( 1 ; 2 ; 1 )        C( 3 ; - 1 ; 2 ) .

                 1.a. Démontrer que les points A, B et C ne sont pas alignés.   

                         Réponse.

                        On a  le vecteur  vect( AB )  de coordonnées ( 0 ; 1  ; 1 ) et le vecteur 

                       vect( AC )  de coordonnées   ( 2 ; - 2 ; 2 ).

                        Ils ne sont pas nuls.

                       Soit  a un réel .

                       L'égalité vect( AB ) = a vect( AC ) s'écrit:

                                0 = 2 a                                                     a = 0

                              1 = - 2 a                         c-à-d                  a = -1 /2  

                              1 = 2 a                                                       a = 1 / 2  

                        Il y a une contradiction.

                        Il n'est pas possible de trouver un réel a tel  que vect( AB ) = a vect( AC ). 

    Conclusion : Les vecteurs  vect( AB ) et vect( AC) ne sont pas colinéaires .  A, B,C déterminent  bien  un plan.

                    b.Démontrer que le plan ( ABC ) a pour équation cartésienne :

                               2 x + y - z - 3 = 0

                       Réponse:

                     Il suffit de vérifier que les points A , B , C  ont leurs coordonnées qui vérifient l'équation du plan

                   ( ABC ).

                            On a bien :     2 ( 1 ) + 1 - 0 - 3 = 0

                                                      2 ( 1 ) + 2  - 1 - 3 = 0

                                                      2 ( 3 ) - 1- 2 - 3 = 0

                        Conclusion :   Le plan ( ABC ) a pour équation  2 x + y - z - 3 = 0 

               2. On considère les plans ( P ) et ( Q ) d'équations respectives:

                           x + 2 y - z - 4 = 0     et        2 x + 3 y - 2 z - 5 = 0.

                     Démontrer que l'intersection des plans ( P ) et ( Q ) est une droite ( D ),

                     dont une représentation paramétrique est :

                                      x = - 2 + t

                                      y = 3

                                      z = t                      avec t dans IR

                 Réponse:

                       •    Tout  point  M( - 2 + t ; 3 ; t  ) de la droite D  a ses coordonnées

                            qui vérifient les équations des plans P et Q.

                       En effet :

                                 - 2 + t + 2 ( 3 ) - t - 4 = 0      et   2 ( - 2 + t ) + 3 ( 3 ) - 2  t - 5 = 0

                                 car   - 2 + 2 ( 3 ) - 4 = 0    et    2( - 2 ) + 3 ( 3 ) - 2 ( 0 ) - 5  = 0

                        Ainsi la droite est dans les plans P et Q.

                   •  De plus les deux plans  P   et Q  sont sécants suivant une droite.

                      En effe

      Le vecteur vect( n )  de coordonnées ( 1 ; 2 ; - 1 ) est un vecteur normal au plan P

     Le vecteur  vect ( n ' ) de coordonnées ( 2 ;  3 ; -  2) est un vecteur normal au plan Q.

                         Soit a un réel.

                        La relation       vect( n ) = a vect( n ' )

                       se traduit par :

                           1 = 2 a                                     a = 0,5

                           2 = 3 a                c-à-d            a = 2 / 3 

                      - 1 = - 2 a                                    a = 1 / 2             Contradiction

                       Ces deux vecteurs ne sont pas colinéaires.

                          Conclusion :  P ∩ Q = D  

               3. Quelle est l'intersection des trois plans ( ABC ) , ( P )  et ( Q ) ?

                     Réponse :

                  Il suffit de déterminer ( ABC )   ∩   D.

                  Pour cherchons t dans IR  tel que       2( - 2 + t   ) + 3 - t  - 3 = 0

                                                           c-à-d              t  - 4 = 0

                                                             c-à-d                 t = 4

                  Reportons dans la représentation paramétrique de D.

                        x = - 2 + 4 = 2

                         y = 3

                        z = 4

                   Conclusion :     Les plans ( ABC ) , P , Q   se coupent au point F ( 2 ; 3 ; 4 ) 

                           4. Dans cette question toute trace de recherche , même incomplète,

                              sera prise en compte dans l'évaluation.

                              Déterminer la distance du point A à la droite ( D ).

                                   Réponse:

                              Soit le point M( - 2 + t  ; 3 ; t ) de D.   On a le point A ( 1 ; 1 ; 0 ) .

                             Le vecteur vec( u ) de coordonnées ( 1 ; 0 ; 3 ) est un vecteur directeur de D. 

                            Les coordonnées  du vecteur  vect( AM ) sont :

                                 (  - 3 + t ;  2   ; t )

                      Imposons :     vect( AM ). vect( u ) = 0

                      c-à-d      ( - 3 + t ) ( 1 ) +   2  ( 0 ) +  t ( 1 )    = 0

                      c-à-d            2 t  - 3 = 0

                      c-à-d          t = 3 / 2    

                     Le vecteur  vect (AM )  a pour norme    √( ( - 3 + t )²  +  2 ² + t² )

                     Pour  t = 1,5    cette norme est la distance recherchée .

                   

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                            Cherchons le réel t tels que vect( AM  )

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