🧊 10 Exercices: Géométrie dans l’Espace1ère Bac Sciences Expérimentalles SEx
Exercice 1: Représentation paramétrique
Donner une représentation paramétrique de la droite passant par A(2,-1,3) et B(1,0,5).
Voir Solution
Solution :
Vecteur directeur \( \overrightarrow{AB} \begin{pmatrix}-1 \\ 1 \\ 2\end{pmatrix} \)
\( \begin{cases}
x = 2 – t \\
y = -1 + t \\
z = 3 + 2t
\end{cases} \) (t ∈ ℝ)
Exercice 2: Équation cartésienne d’un plan
Déterminer l’équation du plan passant par A(1,2,0), B(3,0,1) et C(0,1,2).
Voir Solution
Solution :
1. Vecteurs : \( \overrightarrow{AB} \begin{pmatrix}2 \\ -2 \\ 1\end{pmatrix} \), \( \overrightarrow{AC} \begin{pmatrix}-1 \\ -1 \\ 2\end{pmatrix} \)
2. Produit vectoriel : \( \begin{pmatrix}-3 \\ -5 \\ -4\end{pmatrix} \)
3. Équation : \(-3(x-1) -5(y-2) -4(z-0) = 0\) ⇒ \(3x + 5y + 4z – 13 = 0\)
Exercice 3: Intersection droite-plan
Déterminer l’intersection de la droite \( D: \frac{x-1}{2} = \frac{y}{-1} = \frac{z+2}{3} \) avec le plan P: x – y + z = 4.
Voir Solution
Solution :
1. Représentation paramétrique : \( \begin{cases}x=1+2t \\ y=-t \\ z=-2+3t\end{cases} \)
2. Substitution : \((1+2t) – (-t) + (-2+3t) = 4\) ⇒ \(6t -1 =4\) ⇒ \(t=\frac{5}{6}\)
3. Point d’intersection : \( \left(\frac{8}{3}, -\frac{5}{6}, \frac{1}{2}\right) \)
Exercice 4: Distance point-plan
Calculer la distance du point M(2,-1,3) au plan P: 2x – y + 2z + 5 = 0.
Voir Solution
Solution :
\( d = \frac{|2×2 – (-1) + 2×3 +5|}{\sqrt{4+1+4}} = \frac{|4+1+6+5|}{3} = \frac{16}{3} \)
Exercice 5: Produit vectoriel
Calculer \( \vec{u} \wedge \vec{v} \) pour \( \vec{u} \begin{pmatrix}1 \\ 2 \\ -1\end{pmatrix} \) et \( \vec{v} \begin{pmatrix}3 \\ 0 \\ 2\end{pmatrix} \).
Voir Solution
Solution :
\( \vec{u} \wedge \vec{v} = \begin{pmatrix} 2×2 – (-1)×0 \\ (-1)×3 – 1×2 \\ 1×0 – 2×3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix}4 \\ -5 \\ -6\end{pmatrix} \)
Exercice 6: Plans parallèles
Montrer que les plans P: 2x – y + 3z = 1 et Q: -4x + 2y – 6z = 5 sont parallèles.
Voir Solution
Solution :
Vecteurs normaux : \( \vec{n_P} = \begin{pmatrix}2 \\ -1 \\ 3\end{pmatrix} \), \( \vec{n_Q} = \begin{pmatrix}-4 \\ 2 \\ -6\end{pmatrix} \)
On a \( \vec{n_Q} = -2\vec{n_P} \) ⇒ plans parallèles
Exercice 7: Volume d’un tétraèdre
Calculer le volume du tétraèdre ABCD avec A(1,0,0), B(0,2,0), C(0,0,3), D(1,1,1).
Voir Solution
Solution :
1. Vecteurs : \( \overrightarrow{AB} \begin{pmatrix}-1 \\ 2 \\ 0\end{pmatrix} \), \( \overrightarrow{AC} \begin{pmatrix}-1 \\ 0 \\ 3\end{pmatrix} \), \( \overrightarrow{AD} \begin{pmatrix}0 \\ 1 \\ 1\end{pmatrix} \)
2. Produit mixte : \( \left|\begin{pmatrix}-1 & 2 & 0 \\ -1 & 0 & 3 \\ 0 & 1 & 1\end{pmatrix}\right| = 7 \)
3. Volume : \( V = \frac{7}{6} \)
Exercice 8: Droites coplanaires
Étudier si les droites \( D_1: \begin{cases}x=1+t \\ y=2-t \\ z=3+2t\end{cases} \) et \( D_2: \begin{cases}x=2-s \\ y=1+2s \\ z=4-s\end{cases} \) sont coplanaires.
Voir Solution
Solution :
1. Vecteurs directeurs : \( \vec{u} \begin{pmatrix}1 \\ -1 \\ 2\end{pmatrix} \), \( \vec{v} \begin{pmatrix}-1 \\ 2 \\ -1\end{pmatrix} \)
2. Points : A(1,2,3) ∈ D1, B(2,1,4) ∈ D2
3. Produit mixte : \( \overrightarrow{AB} \cdot (\vec{u} \wedge \vec{v}) = 0 \) ⇒ droites coplanaires
Exercice 9: Projection orthogonale
Déterminer la projection orthogonale de M(1,2,3) sur le plan P: x + y – z = 0.
Voir Solution
Solution :
1. Vecteur normal : \( \vec{n} \begin{pmatrix}1 \\ 1 \\ -1\end{pmatrix} \)
2. Droite perpendiculaire : \( \begin{cases}x=1+t \\ y=2+t \\ z=3-t\end{cases} \)
3. Intersection avec P : \( (1+t)+(2+t)-(3-t)=0 \) ⇒ \( t=0 \)
⇒ Projection : (1,2,3) (M est déjà dans P)
Exercice 10: Synthèse
Soient les points A(1,0,1), B(2,1,0), C(0,1,2).
1. Montrer qu’ils forment un triangle ABC
2. Calculer l’aire de ABC
3. Déterminer une équation du plan (ABC)
Voir Solution
Solution :
1. \( \overrightarrow{AB} \begin{pmatrix}1 \\ 1 \\ -1\end{pmatrix} \) et \( \overrightarrow{AC} \begin{pmatrix}-1 \\ 1 \\ 1\end{pmatrix} \) non colinéaires
2. \( \overrightarrow{AB} \wedge \overrightarrow{AC} = \begin{pmatrix}2 \\ 0 \\ 2\end{pmatrix} \) ⇒ Aire = \( \frac{\sqrt{8}}{2} = \sqrt{2} \)
3. Équation : \( 2(x-1) + 0(y-0) + 2(z-1) = 0 \) ⇒ \( x + z – 2 = 0 \)