1èreGéométrie

Orthogonalité de deux vecteurs

20 min5 exercicesSéquence 2.21ère

Vidéo disponible dans la version Premium

Durée : 20 min

Caractérisation de l'orthogonalité

Deux vecteurs u\vec{u} et v\vec{v} sont orthogonaux si et seulement si leur produit scalaire est nul :

uv    uv=0\vec{u}\perp\vec{v} \iff \vec{u}\cdot\vec{v} = 0

Cela découle de la formule uv=uvcosθ\vec{u}\cdot\vec{v}=\|\vec{u}\|\|\vec{v}\|\cos\theta : pour des vecteurs non nuls, le produit scalaire est nul exactement quand cosθ=0\cos\theta=0, soit θ=90°\theta=90°.

Exemple

u(34)\vec{u}\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix} et v(43)\vec{v}\begin{pmatrix}4\\-3\end{pmatrix} :

uv=3×4+4×(3)=1212=0\vec{u}\cdot\vec{v} = 3\times4+4\times(-3) = 12-12=0

Donc u\vec{u} et v\vec{v} sont orthogonaux.

Application : droites perpendiculaires

Deux droites de vecteurs directeurs respectifs u\vec{u} et v\vec{v} sont perpendiculaires si et seulement si uv=0\vec{u}\cdot\vec{v}=0.

Exemple

Soit la droite d1d_1 de vecteur directeur u(21)\vec{u}\begin{pmatrix}2\\1\end{pmatrix} et d2d_2 de vecteur directeur v(12)\vec{v}\begin{pmatrix}-1\\2\end{pmatrix}.

uv=2×(1)+1×2=2+2=0\vec{u}\cdot\vec{v} = 2\times(-1)+1\times2 = -2+2=0

Les droites d1d_1 et d2d_2 sont donc perpendiculaires.

Vecteur normal à une droite

Un vecteur n(ab)\vec{n}\begin{pmatrix}a\\b\end{pmatrix} non nul est dit normal à une droite dd s'il est orthogonal à tout vecteur directeur de dd. Une droite d'équation cartésienne ax+by+c=0ax+by+c=0 admet n(ab)\vec{n}\begin{pmatrix}a\\b\end{pmatrix} comme vecteur normal.

Identités remarquables avec le produit scalaire :

u+v2=u2+2uv+v2\|\vec{u}+\vec{v}\|^2 = \|\vec{u}\|^2+2\vec{u}\cdot\vec{v}+\|\vec{v}\|^2

uv2=u22uv+v2\|\vec{u}-\vec{v}\|^2 = \|\vec{u}\|^2-2\vec{u}\cdot\vec{v}+\|\vec{v}\|^2

Exercices

Deux vecteurs non nuls u\vec{u} et v\vec{v} sont orthogonaux si et seulement si :

Les vecteurs u(12)\vec{u}\begin{pmatrix}1\\2\end{pmatrix} et v(21)\vec{v}\begin{pmatrix}2\\1\end{pmatrix} sont orthogonaux.

Suivez votre progression

Connectez-vous pour sauvegarder votre avancement et gagner des XP.

Se connecter