TerminaleGéométrie

Vecteurs de l'espace

20 min5 exercicesSéquence 1.1Terminale

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Durée : 20 min

Coordonnées d'un vecteur de l'espace

On munit l'espace d'un repère (O;i,j,k)(O\,;\,\overrightarrow{i}\,,\,\overrightarrow{j}\,,\,\overrightarrow{k}). Tout vecteur u\overrightarrow{u} de l'espace se décompose de façon unique :

u=xi+yj+zk\overrightarrow{u} = x\,\overrightarrow{i} + y\,\overrightarrow{j} + z\,\overrightarrow{k}

On note alors u(xyz)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix}, où xx, yy et zz sont les coordonnées de u\overrightarrow{u}.

> Coordonnées de AB\overrightarrow{AB} : si A(xA;yA;zA)A(x_A\,;\,y_A\,;\,z_A) et B(xB;yB;zB)B(x_B\,;\,y_B\,;\,z_B), alors :
>

AB(xBxAyByAzBzA)\overrightarrow{AB}\begin{pmatrix} x_B - x_A \\ y_B - y_A \\ z_B - z_A \end{pmatrix}

## Opérations sur les vecteurs

Soit u(xyz)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} et v(xyz)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} deux vecteurs et kRk \in \mathbb{R} un réel.

- Somme : u+v(x+xy+yz+z)\overrightarrow{u} + \overrightarrow{v}\begin{pmatrix} x+x' \\ y+y' \\ z+z' \end{pmatrix}
- Produit par un réel : ku(kxkykz)k\,\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} kx \\ ky \\ kz \end{pmatrix}

Exemple : si u(213)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 3 \end{pmatrix} et v(042)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} 0 \\ 4 \\ -2 \end{pmatrix}, alors u+v(231)\overrightarrow{u} + \overrightarrow{v}\begin{pmatrix} 2 \\ 3 \\ 1 \end{pmatrix} et 3u(639)3\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 6 \\ -3 \\ 9 \end{pmatrix}.

## Norme d'un vecteur

> Définition : la norme du vecteur u(xyz)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} est le réel positif :
>

u=x2+y2+z2\|\overrightarrow{u}\| = \sqrt{x^2+y^2+z^2}

Elle représente la longueur du vecteur, généralisant le théorème de Pythagore à l'espace.

Exemple : pour u(213)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 3 \end{pmatrix}, on a u=4+1+9=14\|\overrightarrow{u}\| = \sqrt{4+1+9} = \sqrt{14}.

## Vecteurs colinéaires

> Définition : deux vecteurs non nuls u\overrightarrow{u} et v\overrightarrow{v} sont colinéaires s'il existe un réel kk tel que v=ku\overrightarrow{v} = k\,\overrightarrow{u}.

Cela revient à dire que les coordonnées de v\overrightarrow{v} sont proportionnelles à celles de u\overrightarrow{u}. Deux vecteurs colinéaires définissent la même direction dans l'espace.

Exemple : u(121)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ -1 \end{pmatrix} et v(363)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} -3 \\ -6 \\ 3 \end{pmatrix} sont colinéaires car v=3u\overrightarrow{v} = -3\,\overrightarrow{u}.

## Milieu d'un segment

> Propriété : si II est le milieu de [AB][AB], avec A(xA;yA;zA)A(x_A\,;\,y_A\,;\,z_A) et B(xB;yB;zB)B(x_B\,;\,y_B\,;\,z_B), alors :
>

I(xA+xB2;yA+yB2;zA+zB2)I\left(\dfrac{x_A+x_B}{2}\,;\,\dfrac{y_A+y_B}{2}\,;\,\dfrac{z_A+z_B}{2}\right)

I(xA+xB2;yA+yB2;zA+zB2)\boxed{I\left(\dfrac{x_A+x_B}{2}\,;\,\dfrac{y_A+y_B}{2}\,;\,\dfrac{z_A+z_B}{2}\right)}

Exercices

Dans l'espace muni d'un repère, on considère A(1;2;3)A(1\,;\,2\,;\,-3) et B(4;0;1)B(4\,;\,0\,;\,1). Quelles sont les coordonnées de AB\overrightarrow{AB} ?

Soit u(101)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}. La norme de u\overrightarrow{u} vaut 2\sqrt{2}.

Les vecteurs u(246)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 2 \\ -4 \\ 6 \end{pmatrix} et v(123)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} -1 \\ 2 \\ -3 \end{pmatrix} sont colinéaires.

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