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Géométrie · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA (architecture)

Géométrie analytique dans l'espace

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

Dans un repère orthonormé $(O, \vec{i}, \vec{j}, \vec{k})$ :

  • Le produit scalaire de $\vec{u}(x,y,z)$ et $\vec{v}(x',y',z')$ est $\vec{u} \cdot \vec{v} = xx' + yy' + zz'$.
  • Un plan $(P)$ est défini par $ax + by + cz + d = 0$ avec $\vec{n}(a,b,c)$ vecteur normal.
  • Une droite $(D)$ passant par $A(x_0, y_0, z_0)$ et de vecteur directeur $\vec{u}(a,b,c)$ a pour représentation paramétrique : $$\begin{cases} x = x_0 + at \ y = y_0 + bt \ z = z_0 + ct \end{cases} (t \in \mathbb{R})$$

Méthodes à maîtriser

  1. Vérifier l'appartenance : Remplacer les coordonnées du point dans l'équation du plan ou de la droite.
  2. Déterminer l'intersection : Résoudre le système formé par les équations du plan et de la droite.
  3. Calculer une distance : Distance d'un point $A(x_A, y_A, z_A)$ au plan $(P): ax+by+cz+d=0$ : $$d(A, P) = \frac{|ax_A + by_A + cz_A + d|}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}}$$

Exemples corrigés

  • Plan : Soit $A(1,0,2)$ et $\vec{n}(1,-1,1)$. L'équation est $1(x-1) - 1(y-0) + 1(z-2) = 0 \iff x - y + z - 3 = 0$.
  • Distance : $d(O, P)$ avec $x-y+z-3=0$ est $\frac{|-3|}{\sqrt{1^2+(-1)^2+1^2}} = \frac{3}{\sqrt{3}} = \sqrt{3}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier la racine carrée dans le calcul de la norme ou de la distance.
  • Confondre vecteur normal (pour le plan) et vecteur directeur (pour la droite).
  • Oublier le paramètre $t$ dans la représentation paramétrique.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Géométrie analytique dans l'espace

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Le vecteur normal au plan $2x - 3z + 5 = 0$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que le produit scalaire est toujours positif ?

Non, le produit scalaire $\vec{u} \cdot \vec{v} = |\vec{u}| |\vec{v}| \cos(\theta)$ peut être négatif si l'angle $\theta$ est obtus (entre 90° et 180°). Il est nul si les vecteurs sont orthogonaux.

💡 À retenir : Le signe du produit scalaire dépend uniquement du cosinus de l'angle entre les deux vecteurs.

Kifach n7seb l'équation dyal plan ila 3tani 3 dyal no9at?
  1. Khoud 3 dyal no9at A, B, C.
  2. 7seb lmotajihat $\vec{AB}$ et $\vec{AC}$.
  3. 7seb lmotajiha lmonadimiya $\vec{n} = \vec{AB} \wedge \vec{AC}$ (produit vectoriel).
  4. L'équation hiya $a(x-x_A) + b(y-y_A) + c(z-z_A) = 0$.

💡 À retenir : Le produit vectoriel donne un vecteur normal au plan formé par les deux vecteurs.

Chno hiya lfar9 bin vecteur normal o vecteur directeur?

Le vecteur normal est perpendiculaire au plan, alors que le vecteur directeur est parallèle à la droite.

💡 À retenir : Normal = 90°, Directeur = 0° (parallèle).

Kifach n3ref wach mosta9im mوازي l plan?

Ila kan $\vec{u} \cdot \vec{n} = 0$ (où $\vec{u}$ est le vecteur directeur de la droite et $\vec{n}$ le vecteur normal du plan), alors la droite est parallèle au plan.

💡 À retenir : Si le vecteur directeur de la droite est orthogonal au vecteur normal du plan, alors la droite est parallèle au plan.

Peut-on avoir une équation de plan sans le terme 'd' ?

Oui, si $d=0$, le plan passe par l'origine du repère $(0,0,0)$.

💡 À retenir : $d=0$ signifie que le plan est un sous-espace vectoriel.

Est-ce que deux plans sont toujours sécants ?

Non, ils peuvent être parallèles (si leurs vecteurs normaux sont colinéaires) ou confondus.

💡 À retenir : Deux plans sont parallèles si $\vec{n_1} = k \vec{n_2}$.

Comment savoir si une droite est incluse dans un plan ?
  1. Vérifie que la droite est parallèle au plan ($\vec{u} \cdot \vec{n} = 0$).
  2. Vérifie qu'un point de la droite appartient au plan.

💡 À retenir : Parallélisme + un point commun = inclusion.

Wach momkin nst3mlo produit scalaire f l'espace?

Oui, le produit scalaire est défini dans l'espace de la même manière que dans le plan : $xx' + yy' + zz'$.

💡 À retenir : Il permet de calculer des angles et des distances.

Quelle est la condition pour que deux droites soient orthogonales ?

Leurs vecteurs directeurs doivent avoir un produit scalaire nul.

💡 À retenir : $\vec{u} \cdot \vec{v} = 0$.

Comment trouver l'intersection de deux plans ?

C'est un système de deux équations à trois inconnues. On exprime deux variables en fonction de la troisième (paramètre).

💡 À retenir : L'intersection est généralement une droite.

Est-ce que le vecteur normal est unique ?

Non, tout vecteur colinéaire à $\vec{n}$ est aussi un vecteur normal.

💡 À retenir : $\vec{n}$ et $k\vec{n}$ définissent le même plan.

Comment calculer la distance entre deux plans parallèles ?

Tu prends un point quelconque du premier plan et tu calcules sa distance au deuxième plan.

💡 À retenir : La distance est constante entre deux plans parallèles.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Calculer la distance du point $B(0, 0, 1)$ au plan $(P): 2x - y + 2z - 1 = 0$.

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Exercice 2

Soient $A(1, 1, 0)$ et le plan $(P): x + y + z - 3 = 0$.

  1. Vérifier que $A \in (P)$.
  2. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(\Delta)$ passant par $A$ et orthogonale à $(P)$.
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Exercice 3

Soient $(D): \begin{cases} x = t \ y = 1+t \ z = 2 \end{cases}$ et $(P): x - y + z = 0$. Étudier l'intersection.

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