Géométrie · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA (architecture)
Représentations paramétriques et équations cartésiennes des droites et plans
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
Droite dans l'espace : Définie par un point $A(x_0, y_0, z_0)$ et un vecteur directeur $\vec{u}(a, b, c)$.
Représentation paramétrique : $\begin{cases} x = x_0 + at \ y = y_0 + bt \ z = z_0 + ct \end{cases} (t \in \mathbb{R})$
Plan dans l'espace : Défini par un point $A(x_0, y_0, z_0)$ et un vecteur normal $\vec{n}(a, b, c)$.
Équation cartésienne : $ax + by + cz + d = 0$ avec $d = -(ax_0 + by_0 + cz_0)$.
Méthodes à maîtriser
Passer d'une droite à une représentation : Identifier un point et un vecteur directeur.
Vérifier l'appartenance : Remplacer les coordonnées du point dans l'équation ou le système.
Déterminer l'intersection : Résoudre le système formé par les équations des objets.
Exemples corrigés
Droite : Soit $A(1, 0, -1)$ et $\vec{u}(2, -1, 3)$. La représentation est : $x=1+2t, y=-t, z=-1+3t$.
Plan : Soit $A(1, 2, 3)$ et $\vec{n}(1, -1, 2)$. L'équation est : $1(x-1) - 1(y-2) + 2(z-3) = 0 \iff x - y + 2z - 5 = 0$.
Erreurs fréquentes
Oublier le paramètre $t \in \mathbb{R}$ dans la représentation paramétrique.
Confondre vecteur directeur (droite) et vecteur normal (plan).
Erreur de signe lors du calcul de $d$ dans l'équation du plan.
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
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💡 À retenir : Trois points définissent un plan unique.
Est-ce qu'une droite peut avoir plusieurs représentations paramétriques ?
Oui, car on peut choisir n'importe quel point appartenant à la droite et n'importe quel vecteur directeur colinéaire à $\vec{u}$.
Changez le point de base.
Multipliez le vecteur directeur par un réel non nul $k$.
💡 À retenir : La droite reste la même, seule l'expression change.
Kifach n3ref wach l-mostawa o l-mostaqim m-t-waziyn?
Pour savoir si une droite $(D)$ de vecteur directeur $\vec{u}$ et un plan $(P)$ de vecteur normal $\vec{n}$ sont parallèles :
Calcule le produit scalaire $\vec{u} \cdot \vec{n}$.
Si $\vec{u} \cdot \vec{n} = 0$, alors ils sont parallèles.
💡 À retenir : Si le produit scalaire est nul, le vecteur directeur est orthogonal à la normale, donc la droite est parallèle au plan.
Comment trouver l'intersection d'une droite et d'un plan ?
Remplacez $x, y, z$ de la représentation paramétrique de la droite dans l'équation du plan.
Résolvez l'équation obtenue pour trouver la valeur du paramètre $t$.
Remplacez $t$ dans la représentation paramétrique pour obtenir les coordonnées du point d'intersection.
💡 À retenir : Si l'équation n'a pas de solution, la droite est strictement parallèle au plan.
Chno hiya l-farq bin l-mo3adala cartésienne dyal l-mostawa o l-mostaqim?
Un plan possède une seule équation cartésienne de la forme $ax+by+cz+d=0$. Une droite dans l'espace ne peut pas être définie par une seule équation cartésienne ; elle est définie par l'intersection de deux plans, donc un système de deux équations.
Non. Par définition, un vecteur normal $\vec{n}$ doit être non nul ($\vec{n} \neq \vec{0}$) pour définir un plan. Si les composantes sont $(0,0,0)$, cela ne définit aucune direction normale.
💡 À retenir : Un vecteur normal est toujours un vecteur directeur d'une droite perpendiculaire au plan.
Kifach n-verifi wach noqta katn-tami l-mostawa?
Khoud l-i7datiyat dyal noqta $(x, y, z)$.
3awdhom f-l-mo3adala dyal l-mostawa $ax+by+cz+d$.
Ila l-natija hiya 0, l-noqta katn-tami. Ila la, matn-tamich.
💡 À retenir : Il suffit que l'égalité soit vérifiée.
Comment déterminer un vecteur normal à partir de deux vecteurs directeurs du plan ?
Si vous avez deux vecteurs directeurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ non colinéaires du plan, le vecteur normal $\vec{n}$ est le produit vectoriel $\vec{n} = \vec{u} \wedge \vec{v}$.
💡 À retenir : Le produit vectoriel donne un vecteur orthogonal aux deux vecteurs de base.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
Soit le plan $(P)$ d'équation $x - 2y + z - 3 = 0$ et la droite $(D)$ passant par $A(1, 1, 4)$ et de vecteur directeur $\vec{u}(1, 1, 1)$.
Droite dans l'espace : Définie par un point A(x0,y0,z0) et un vecteur directeur u(a,b,c).
Représentation paramétrique : ⎩⎨⎧x=x0+aty=y0+btz=z0+ct(t∈R)
Plan dans l'espace : Défini par un point A(x0,y0,z0) et un vecteur normal n(a,b,c).
Équation cartésienne : ax+by+cz+d=0 avec d=−(ax0+by0+cz0).
Méthodes à maîtriser
Passer d'une droite à une représentation : Identifier un point et un vecteur directeur.
Vérifier l'appartenance : Remplacer les coordonnées du point dans l'équation ou le système.
Déterminer l'intersection : Résoudre le système formé par les équations des objets.
Exemples corrigés
Droite : Soit A(1,0,−1) et u(2,−1,3). La représentation est : x=1+2t,y=−t,z=−1+3t.
Plan : Soit A(1,2,3) et n(1,−1,2). L'équation est : 1(x−1)−1(y−2)+2(z−3)=0⟺x−y+2z−5=0.
Erreurs fréquentes
Oublier le paramètre t∈R dans la représentation paramétrique.
Confondre vecteur directeur (droite) et vecteur normal (plan).
Erreur de signe lors du calcul de d dans l'équation du plan.
Le vecteur normal au plan 2x−y+5=0 est :
(2,−1,0)
(2,−1,5)
(2,1,0)
(0,−1,5)
C'est la droite passant par A et B. Son vecteur directeur est AB(xB−xA,yB−yA,zB−zA).
💡 À retenir : Le vecteur AB sert de vecteur directeur.
Non, le plan nécessite deux paramètres (souvent notés s et t) pour sa représentation paramétrique, car c'est une surface à deux dimensions.
💡 À retenir : t seul est réservé à la droite.
Non, tout vecteur colinéaire à u (c'est-à-dire ku avec k=0) est aussi un vecteur directeur de la droite.
💡 À retenir : Une infinité de vecteurs directeurs existent pour une même droite.
Identifiez les vecteurs normaux n1 et n2.
Vérifiez s'ils sont colinéaires (n1=kn2).
S'ils sont colinéaires, les plans sont parallèles.
💡 À retenir : Plans parallèles = Normaux colinéaires.
Choisissez un point A et deux vecteurs AB et AC.
Calculez n=AB∧AC.
Utilisez l'équation a(x−xA)+b(y−yA)+c(z−zA)=0.
💡 À retenir : Trois points définissent un plan unique.
Oui, car on peut choisir n'importe quel point appartenant à la droite et n'importe quel vecteur directeur colinéaire à u.
Changez le point de base.
Multipliez le vecteur directeur par un réel non nul k.
💡 À retenir : La droite reste la même, seule l'expression change.
Pour savoir si une droite (D) de vecteur directeur u et un plan (P) de vecteur normal n sont parallèles :
Calcule le produit scalaire u⋅n.
Si u⋅n=0, alors ils sont parallèles.
💡 À retenir : Si le produit scalaire est nul, le vecteur directeur est orthogonal à la normale, donc la droite est parallèle au plan.
Remplacez x,y,z de la représentation paramétrique de la droite dans l'équation du plan.
Résolvez l'équation obtenue pour trouver la valeur du paramètre t.
Remplacez t dans la représentation paramétrique pour obtenir les coordonnées du point d'intersection.
💡 À retenir : Si l'équation n'a pas de solution, la droite est strictement parallèle au plan.
Un plan possède une seule équation cartésienne de la forme ax+by+cz+d=0. Une droite dans l'espace ne peut pas être définie par une seule équation cartésienne ; elle est définie par l'intersection de deux plans, donc un système de deux équations.
Non. Par définition, un vecteur normal n doit être non nul (n=0) pour définir un plan. Si les composantes sont (0,0,0), cela ne définit aucune direction normale.
💡 À retenir : Un vecteur normal est toujours un vecteur directeur d'une droite perpendiculaire au plan.
Khoud l-i7datiyat dyal noqta (x,y,z).
3awdhom f-l-mo3adala dyal l-mostawa ax+by+cz+d.
Ila l-natija hiya 0, l-noqta katn-tami. Ila la, matn-tamich.
💡 À retenir : Il suffit que l'égalité soit vérifiée.
Si vous avez deux vecteurs directeurs u et v non colinéaires du plan, le vecteur normal n est le produit vectoriel n=u∧v.
💡 À retenir : Le produit vectoriel donne un vecteur orthogonal aux deux vecteurs de base.
Exercice 1
Soit le plan (P) d'équation x−2y+z−3=0 et la droite (D) passant par A(1,1,4) et de vecteur directeur u(1,1,1).
Donner une représentation paramétrique de (D).
Déterminer l'intersection de (D) et (P).
Exercice 2
Déterminer l'équation cartésienne du plan (P) passant par A(0,1,−1) et dont un vecteur normal est n(2,−3,1).
Exercice 3
Soient les points A(1,0,0), B(0,1,0) et C(0,0,1). Déterminer l'équation cartésienne du plan (ABC).