TerminaleGéométrie

Plans de l'espace

22 min5 exercicesSéquence 3.3 — Terminale
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Durée : 22 min

Vecteurs coplanaires

> Définition : trois vecteurs u→\overrightarrow{u}, v→\overrightarrow{v} et w→\overrightarrow{w} sont coplanaires s'il existe des réels a′a' et b′b' tels que w→=a′ u→+b′ v→\overrightarrow{w} = a'\,\overrightarrow{u} + b'\,\overrightarrow{v}, lorsque u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} ne sont pas colinéaires.

Autrement dit, w→\overrightarrow{w} est combinaison linéaire de u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} : les trois vecteurs, ramenés à une même origine, restent dans un même plan.

Exemple : u→(101)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}, v→(011)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix} et w→(235)\overrightarrow{w}\begin{pmatrix} 2 \\ 3 \\ 5 \end{pmatrix} sont coplanaires car w→=2 u→+3 v→\overrightarrow{w} = 2\,\overrightarrow{u} + 3\,\overrightarrow{v}.

## Représentation paramétrique d'un plan

Soit A(xA ; yA ; zA)A(x_A\,;\,y_A\,;\,z_A) un point et u→(abc)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} a \\ b \\ c \end{pmatrix}, v→(a′b′c′)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} a' \\ b' \\ c' \end{pmatrix} deux vecteurs non colinéaires. Un point M(x ; y ; z)M(x\,;\,y\,;\,z) appartient au plan P\mathcal{P} passant par AA et dirigé par u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} si et seulement s'il existe deux réels tt et ss tels que AM→=t u→+s v→\overrightarrow{AM} = t\,\overrightarrow{u} + s\,\overrightarrow{v}.

> Représentation paramétrique :
>

P:{x=xA+at+a′sy=yA+bt+b′sz=zA+ct+c′st,s∈R\mathcal{P} : \begin{cases} x = x_A + at + a's \\ y = y_A + bt + b's \\ z = z_A + ct + c's \end{cases} \quad t,s \in \mathbb{R}

Exemple : le plan passant par A(1 ; 0 ; 2)A(1\,;\,0\,;\,2) dirigé par u→(110)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} et v→(01−1)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix} a pour représentation paramétrique :

{x=1+ty=t+sz=2−st,s∈R\begin{cases} x = 1+t \\ y = t+s \\ z = 2-s \end{cases} \quad t,s \in \mathbb{R}

## Appartenance d'un point à un plan

Pour savoir si M(xM ; yM ; zM)M(x_M\,;\,y_M\,;\,z_M) appartient à P\mathcal{P}, on résout le système des trois équations en cherchant un même couple (t ; s)(t\,;\,s) vérifiant les trois équations simultanément.

M∈P  ⟺  ∃ (t ; s)∈R2, AM→=t u→+s v→\boxed{M \in \mathcal{P} \iff \exists\,(t\,;\,s) \in \mathbb{R}^2,\ \overrightarrow{AM} = t\,\overrightarrow{u} + s\,\overrightarrow{v}}

Exercices

Le plan P\mathcal{P} passe par A(0 ; 1 ; 2)A(0\,;\,1\,;\,2) et est dirigé par u→(101)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} et v→(210)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}. Quelle est sa représentation paramétrique ?

Pour définir la représentation paramétrique d'un plan, les deux vecteurs directeurs utilisés doivent être colinéaires.

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