Fiche récapitulative générée pour impression / export PDF.

Terminale · Orthogonalité et distances dans l'espace

Distance d'un point à un plan

Distance d'un point à un plan

### Formule de la distance

> Théorème :
> Soit P\mathcal{P} un plan d'équation cartésienne ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0 et M0(x0 ; y0 ; z0)M_0(x_0\,;\,y_0\,;\,z_0) un point de l'espace. La distance du point M0M_0 au plan P\mathcal{P} est :
>

d(M0,P)=∣ax0+by0+cz0+d∣a2+b2+c2d(M_0,\mathcal{P}) = \dfrac{|ax_0+by_0+cz_0+d|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}

Cette distance correspond à la plus courte distance entre M0M_0 et un point quelconque du plan P\mathcal{P}.

Exemple : calculons la distance du point M0(1 ; 2 ; −3)M_0(1\,;\,2\,;\,-3) au plan P:2x−y+2z+5=0\mathcal{P}: 2x-y+2z+5=0.

On a a=2a=2, b=−1b=-1, c=2c=2, d=5d=5 et (x0 ; y0 ; z0)=(1 ; 2 ; −3)(x_0\,;\,y_0\,;\,z_0)=(1\,;\,2\,;\,-3) :

d(M0,P)=∣2×1−1×2+2×(−3)+5∣22+(−1)2+22=∣2−2−6+5∣4+1+4=∣−1∣9=13d(M_0,\mathcal{P}) = \dfrac{|2\times1 - 1\times2 + 2\times(-3) + 5|}{\sqrt{2^2+(-1)^2+2^2}} = \dfrac{|2-2-6+5|}{\sqrt{4+1+4}} = \dfrac{|-1|}{\sqrt{9}} = \dfrac{1}{3}

### Projeté orthogonal d'un point sur un plan

Le projeté orthogonal HH d'un point M0M_0 sur un plan P\mathcal{P} est le point de P\mathcal{P} le plus proche de M0M_0 : c'est l'unique point de P\mathcal{P} tel que M0H→\overrightarrow{M_0H} soit orthogonal à P\mathcal{P} (donc colinéaire à un vecteur normal n⃗\vec{n} de P\mathcal{P}), et on a alors d(M0,P)=M0Hd(M_0,\mathcal{P}) = M_0H.

> Méthode pour déterminer HH, projeté orthogonal de M0M_0 sur P\mathcal{P} :
> 1. Écrire une représentation paramétrique de la droite D\mathcal{D} passant par M0M_0 et de vecteur directeur n⃗\vec{n} (le vecteur normal de P\mathcal{P}) ;
> 2. HH est le point d'intersection de D\mathcal{D} et P\mathcal{P} : on substitue les coordonnées paramétriques de D\mathcal{D} dans l'équation de P\mathcal{P} pour trouver la valeur du paramètre, puis on en déduit les coordonnées de HH.

Exemple : déterminons le projeté orthogonal HH de A(1 ; 1 ; 1)A(1\,;\,1\,;\,1) sur le plan P:x+y+z−6=0\mathcal{P}: x+y+z-6=0 (vecteur normal n⃗(111)\vec{n}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix}).

La droite D\mathcal{D} passant par AA de vecteur directeur n⃗\vec{n} a pour représentation paramétrique :

{x=1+ty=1+tz=1+t,t∈R\begin{cases} x = 1+t \\ y = 1+t \\ z = 1+t \end{cases}, \quad t\in\mathbb{R}

On substitue dans l'équation de P\mathcal{P} :

(1+t)+(1+t)+(1+t)−6=0  ⟺  3t−3=0  ⟺  t=1(1+t)+(1+t)+(1+t)-6=0 \iff 3t-3=0 \iff t=1

D'où H(1+1 ; 1+1 ; 1+1)=H(2 ; 2 ; 2)H(1+1\,;\,1+1\,;\,1+1) = H(2\,;\,2\,;\,2).

Exercices de la leçon

Exercice 1

Quelle est la distance du point O(0 ; 0 ; 0)O(0\,;\,0\,;\,0) au plan d'équation x+2y+2z−9=0x+2y+2z-9=0 ?

Corrigé

On applique la formule : d(O,P)=∣1×0+2×0+2×0−9∣12+22+22=99=93=3d(O,\mathcal{P}) = \dfrac{|1\times0+2\times0+2\times0-9|}{\sqrt{1^2+2^2+2^2}} = \dfrac{9}{\sqrt{9}} = \dfrac{9}{3} = 3.

Exercice 2

Le point M0(2 ; 1 ; 3)M_0(2\,;\,1\,;\,3) appartient au plan d'équation x−y+z−4=0x-y+z-4=0, donc sa distance à ce plan est nulle.

Corrigé

On vérifie : 2−1+3−4=02-1+3-4=0, donc M0∈PM_0\in\mathcal{P}. Dans la formule, le numérateur ∣ax0+by0+cz0+d∣|ax_0+by_0+cz_0+d| vaut alors 00, donc la distance est bien 00 : un point du plan est à distance nulle de ce plan.

Exercice 3

Quelle est la distance du point A(1 ; −2 ; 2)A(1\,;\,-2\,;\,2) au plan P:3x+4y−5=0\mathcal{P}: 3x+4y-5=0 ?

Corrigé

Ici a=3a=3, b=4b=4, c=0c=0, d=−5d=-5 (la variable zz n'apparaît pas, son coefficient est 00). d(A,P)=∣3×1+4×(−2)+0×2−5∣32+42+02=∣3−8−5∣25=105=2d(A,\mathcal{P}) = \dfrac{|3\times1+4\times(-2)+0\times2-5|}{\sqrt{3^2+4^2+0^2}} = \dfrac{|3-8-5|}{\sqrt{25}} = \dfrac{10}{5} = 2.

Exercice 4

Calculer la distance du point M0(3 ; 0 ; −1)M_0(3\,;\,0\,;\,-1) au plan P:2x−2y+z+1=0\mathcal{P}: 2x-2y+z+1=0.

Corrigé

On applique directement la formule de la distance avec a=2a=2, b=−2b=-2, c=1c=1, d=1d=1.

Exercice 5

On considère le plan P:x−2y+2z−3=0\mathcal{P}: x-2y+2z-3=0 et le point A(4 ; −1 ; 5)A(4\,;\,-1\,;\,5). Déterminer les coordonnées du projeté orthogonal HH de AA sur P\mathcal{P}, puis vérifier que AHAH est égal à la distance de AA à P\mathcal{P} calculée par la formule.

Corrigé

On écrit la représentation paramétrique de la droite passant par AA de vecteur directeur n⃗(1−22)\vec{n}\begin{pmatrix}1\\-2\\2\end{pmatrix}, on substitue dans l'équation du plan pour trouver HH, puis on calcule AHAH et on compare avec la formule de la distance.

AlphaMath Académie · Distance d'un point à un plan · Orthogonalité et distances dans l'espace