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Mathématiques · 1ère Année Bac — Sciences Mathématiques

Le barycentre dans le plan

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Le barycentre d'un système pondéré ${(A_i, \alpha_i)}{i=1..n}$ est l'unique point $G$ tel que $\sum{i=1}^n \alpha_i \overrightarrow{GA_i} = \vec{0}$, avec $\sum \alpha_i \neq 0$. Pour deux points $(A, \alpha)$ et $(B, \beta)$, $G$ est défini par $\overrightarrow{AG} = \frac{\beta}{\alpha+\beta} \overrightarrow{AB}$. Les coordonnées de $G$ sont : $x_G = \frac{\sum \alpha_i x_i}{\sum \alpha_i}$ et $y_G = \frac{\sum \alpha_i y_i}{\sum \alpha_i}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Construction géométrique : Utiliser la relation vectorielle pour placer $G$ sur le segment $[AB]$.
  2. Calcul des coordonnées : Appliquer directement les formules analytiques.
  3. Associativité : Remplacer deux points par leur barycentre partiel pour simplifier un système à 3 points.
  4. Preuve d'alignement : Montrer que $G$ est le barycentre de deux points pour prouver qu'il appartient à la droite passant par ces points.

Exemples corrigés

Exemple 1 : $G = bar{(A, 1), (B, 3)}$. Alors $\overrightarrow{AG} = \frac{3}{1+3} \overrightarrow{AB} = \frac{3}{4} \overrightarrow{AB}$. Exemple 2 : $A(1, 2)$ et $B(3, 0)$. $G = bar{(A, 1), (B, 1)}$. $x_G = \frac{1+3}{2} = 2$ et $y_G = \frac{2+0}{2} = 1$. Donc $G(2, 1)$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier la condition $\sum \alpha_i \neq 0$.
  • Confondre $\overrightarrow{AG}$ et $\overrightarrow{GA}$ dans la formule.
  • Se tromper dans le signe des coefficients.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Le barycentre dans le plan

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Le barycentre de ${(A, 1), (B, 1)}$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que le barycentre change si on multiplie tous les coefficients par un même nombre k neq 0 ?

Non, le barycentre reste inchangé. Si $G$ est le barycentre de ${(A_i, \alpha_i)}$, alors pour tout $k \neq 0$, $G$ est aussi le barycentre de ${(A_i, k\alpha_i)}$.

💡 À retenir : Les coefficients peuvent être multipliés par une constante non nulle sans modifier le point $G$.

Kifach n7seb l-barycentre ila 3ndi 3 dyal no9at?

Pour 3 points $A, B, C$ avec des coefficients $\alpha, \beta, \gamma$ :

  1. Calcule la somme $S = \alpha + \beta + \gamma$.
  2. Si $S \neq 0$, utilise la formule : $\overrightarrow{OG} = \frac{\alpha \overrightarrow{OA} + \beta \overrightarrow{OB} + \gamma \overrightarrow{OC}}{\alpha + \beta + \gamma}$.
  3. Ou utilise l'associativité : remplace $(A, \alpha)$ et $(B, \beta)$ par $(I, \alpha+\beta)$ où $I$ est leur barycentre.

💡 À retenir : La méthode des coordonnées est souvent la plus rapide pour 3 points.

Est-ce que le barycentre de deux points est toujours situé entre eux ?

Oui, si les coefficients $\alpha$ et $\beta$ sont de même signe, le barycentre est situé sur le segment $[AB]$. Si les signes sont opposés, il est à l'extérieur du segment.

💡 À retenir : Même signe = intérieur ; Signes contraires = extérieur.

Chno hiya l-fayda dyal l-barycentre f-l-handasa?

Il sert principalement à :

  1. Démontrer que des points sont alignés.
  2. Démontrer que des droites sont concourantes.
  3. Simplifier des expressions vectorielles complexes (réduction de sommes).

💡 À retenir : C'est un outil puissant pour transformer des égalités vectorielles.

Que se passe-t-il si la somme des coefficients est nulle ?

Si $\sum \alpha_i = 0$, le système n'admet pas de barycentre. Le vecteur $\sum \alpha_i \overrightarrow{MA_i}$ devient indépendant du point $M$ (c'est un vecteur constant).

💡 À retenir : Pas de barycentre si la somme des poids est nulle.

Kifach n-biyen bli 3 dyal no9at moustawiya (alignées) b-l-barycentre?

Il suffit de montrer que l'un des points est le barycentre des deux autres. Par exemple, si tu montres que $B = bar{(A, 1), (C, 2)}$, alors $A, B, C$ sont alignés.

💡 À retenir : Si $B$ est barycentre de $A$ et $C$, alors $B \in (AC)$.

Peut-on avoir des coefficients négatifs ?

Oui, tout à fait. La seule condition est que leur somme soit non nulle.

💡 À retenir : Les coefficients peuvent être n'importe quel réel, sauf si leur somme est nulle.

Le barycentre dépend-il du repère choisi ?

Non, la position du barycentre est une propriété géométrique intrinsèque. Les coordonnées changent avec le repère, mais le point $G$ reste le même.

💡 À retenir : Le barycentre est un objet géométrique, pas juste une formule de calcul.

Comment trouver le barycentre de 4 points ?

On utilise l'associativité. On regroupe les points deux par deux, on trouve leurs barycentres partiels, puis on cherche le barycentre de ces deux nouveaux points.

💡 À retenir : Procéder par étapes successives.

Est-ce que le milieu d'un segment est un barycentre ?

Oui, le milieu $I$ de $[AB]$ est le barycentre de ${(A, 1), (B, 1)}$.

💡 À retenir : Le milieu est l'isobarycentre de deux points.

Pourquoi on utilise souvent des coefficients entiers ?

Pour simplifier les calculs et éviter les fractions complexes, mais ce n'est pas une obligation.

💡 À retenir : On peut multiplier les coefficients par n'importe quel nombre pour les rendre plus simples.

Est-ce que le barycentre est toujours unique ?

Oui, si la somme des coefficients est non nulle, le barycentre est unique.

💡 À retenir : Unicité garantie par la définition vectorielle.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soient $A$ et $B$ deux points du plan. Soit $G$ le barycentre de ${(A, 2), (B, 1)}$.

  1. Exprimer $\overrightarrow{AG}$ en fonction de $\overrightarrow{AB}$.
  2. Soit $M$ un point quelconque du plan. Montrer que $2\overrightarrow{MA} + \overrightarrow{MB} = 3\overrightarrow{MG}$.
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Exercice 2

Soit $ABC$ un triangle. Soit $G$ le barycentre de ${(A, 1), (B, 1), (C, 1)}$.

  1. Montrer que $\overrightarrow{AG} = \frac{1}{3}(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AC})$.
  2. En déduire que $G$ est le centre de gravité du triangle $ABC$.
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Exercice 3

Dans un repère orthonormé, on donne $A(1, 2)$, $B(3, 0)$ et $C(0, 4)$. Soit $G = bar{(A, 1), (B, -1), (C, 2)}$.

  1. Calculer les coordonnées de $G$.
  2. Montrer que $G$ appartient à la droite $(BC)$ ? Non, vérifier la position de $G$.
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