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Représentation paramétrique

de droites, de plans

Applications

Christophe ROSSIGNOL

Année scolaire 2019/2020Table des matières

1 Représentations paramétriques

2

1.1 Définition

2

1.2 Intersection de deux droites

2

2 Représentation paramétrique d"un plan de l"Espace

4

Table des figures

Liste des tableaux

1 Positions relatives de deux droites

5

2 Positions relatives d"une droite et d"un plan

5

3 Positions relatives de deux plans

5

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1

1 REPRÉSENTATIONS PARAMÉTRIQUES

1 Représentations paramétriques d"une droite de l"Espace

1.1 Définition

On se place dans un repère

O;!{;!|;!k

de l"Espace. SoitDune droite passant par un pointA(xA;yA;zA)et de vecteurdirecteur!u0 @a b c1 A M(x;y;z)est un point deDsi et seulement si il existe un réelttel que!AM=t!u.

En passant aux coordonnées, on obtient :

8>< :xxA=at yyA=bt zzA=ctc"est-à-dire8 :x=xA+at y=yA+bt

z=zA+ctDéfinition :On appellereprésen tationparamétrique ou système d"équations paramétriques de la droite

Dpar un pointA(xA;yA;zA)et de vecteur directeur!u0 @a b c1 A le système : 8 :x=xA+at y=yA+bt z=zA+ctavect2R

Le réeltest appelép aramètre.Remarques :1.Un p ointMest surDsi et seulement si il existe un réelttel que les coordonnées deM

vérifie le système d"équations paramétriques deD. 2. Récipro quement,si la droite admet comme équation paramétrique8 :x=x0+t y=y0+t z=z0+ t, cette droite passe par le pointM0(x0;y0;z0)et admet comme vecteur directeur!v0 1 A 3.

P ourobtenir une représen tationparamétrique d usegmen t[AB], il suffit de prendre comme vecteur

directeur!AB, comme point de la droite le pointAet de prendret2[0; 1]. 4.

P ourobtenir une représen tationparamétrique de la demi-droite [AB), il suffit de prendre comme

vecteur directeur!AB, comme point de la droite le pointAet de prendret2[0; +1[. Exercices :16, 18, 19 page 299 et 86, 87 page 3101- 107 page 3142- 115 page 3163- 119, 120, 121 page 316

4[TransMath]

1.2 Intersection de deux droites

Les résultats concernant les positions relatives de deux droites de l"Espace sont rappelées dans le tableau

1 Remarque :Dest une droite de vecteur directeur!uetest une droite de vecteur directeur!v.

Si !uet!vsont colinéaires :

Si Detn"ont pas de point commun, elles sont strictement parallèles; Si Detont un point commun, elles sont confondues.1. Représentation paramétrique d"une droite.

2. Type BAC.

3. Points équidistants de trois points.

4. Segments, demi-droites.

2

1 REPRÉSENTATIONS PARAMÉTRIQUES 1.2 Intersection de deux droites

Si !uet!vne sont pas colinéaires : Si Detn"ont pas de point commun, elles sont non coplanaires; Si Detont un point commun, elles sont sécantes. %Exercice résolu :Dans un repère

O;!{;!|;!k

de l"Espace, on considère les droitesD1,D2etD3 de représentations paramétriques : D 1:8 :x=1 + 2t y= 4t z= 53tt2RD2:8 :x=6t+ 8 y=12t+ 1 z= 9t2t2RD3:8 :x=t+ 6 y= 3t1 z=2t+ 2t2R

Étudier les positions relatives deD1etD2puis deD1etD3.Positions relatives deD1etD2:Un vecteur directeur deD1est!u0

@2 4 31
A et un vecteur directeur deD2est!v0 @6 12 91
A On a !v=3!u. Les vecteurs!uet!vsont colinéaires donc les droitesD1etD2sontparallèles. Reste à déterminer si les deux droites sontstrictement parallèlesouconfondues.

Le pointA(1; 0;5)est un point deD1.

A2 D2()8

:6t+ 8 =1

12t+ 1 = 0

9t2 = 5()8

:t=32 t=112 t=79

Ce qui est impossible. Par suite,A =2 D2.

Les droitesD1etD2sont doncstrictement parallèles. Positions relatives deD1etD3:Un vecteur directeur deD1est!u0 @2 4 31
A et un vecteur directeur deD3est!w0 @1 3 21
A

Les vecteurs

!uet!wne sont pas colinéaires donc les droitesD1etD3sont soitsécantes, soitnon coplanaires. On va donc chercher un éventuel point d"intersection àD1etD3. M(x;y;z)2 D1\ D3()il existe deux réelstetstels que8 :x=1 + 2t y= 4t z= 53tet8 :x=s+ 6 y= 3s1 z=2s+ 2

On a donc :

8>< :1 + 2t=s+ 6

4t= 3s1

53t=2s+ 2()8

:s= 2t7

4t= 3(2t7)1

53t=2(2t7) + 2()8

:s= 2t7

4t= 6t22

53t=4t+ 16()8

:s= 15 t= 11 t= 11 Les droitesD1etD3sont doncsécanteset leur point d"intersection a comme coordonnées : 8>< :x=1 + 211 = 21 y= 411 = 44 z= 5311 =28 3

RÉFÉRENCES

Remarques :1.A ttention!Lors de la rec herched"un év entuelp ointd" intersectionen tredeux droites, il

fautabsolumentdonner deux noms différents aux deux paramètres. 2.

Si les droites a vaientété non coplanaires, on aurait, lors de la résolution du système, trouv édeu x

valeurs différentes pourt(ous), ce qui est impossible. Exercices :20, 21, 22, 23 page 300; 90 page 310 et 92, 93 page 3115- 108, 109 page 3146[TransMath]

2 Représentation paramétrique d"un plan de l"Espace

Un planPest caractérisé par la donnée d"un pointA(x0;y0;z0)et de deux vecteurs directeurs~u0

@a b c1 A et ~v 0 @a0 b 0 c 01 A non colinéaires

M(x;y;z)2 P ()!AM,!uet!vcoplanaires

!AM=t~u+t0~v, avect;t02R ()8 :xx0=at+a0t0 yy0=bt+b0t0 zz0=ct+c0t0; t;t 02R 8 :x=x0+at+a0t0 y=y0+bt+b0t0 z=z0+ct+c0t0; t;t 02R

Le système obtenu est appelé

représen tationparamétrique du plan P.

On peut utiliser cette représentation paramétrique pour étudier les positions relatives d"une droite et d"un plan

(voir tableau 2 ) ou de deux plans (voir tableau 3

Remarque :Il existe un moyen plus simple d"étudier ces positions relatives. il sera vu dans le chapitre

" Orthogonalité, produit scalaire » et fait intervenir les équations de plans.

Exercices :94, 95, 96, 97 page 311[TransMath]

Références

[TransMath]

T ransMATHT ermS, Programme 2012 ( Nathan)

2

4 5. Positions relatives de deux droites.

6. Type BAC.

4

RÉFÉRENCESRÉFÉRENCESPositions relatives deD1etD2CoplanairesNon coplanairessécantesstrictement parallèlesconfondues

un point commun uniquepas de point communtous les points sont communsil n"existe pas de plan

contenant les deux droitesTable1 - Positions relatives de deux droitesPositions relatives deDetPsécantsparallèles

DetPont un seul point

communDetPn"ont aucun point

communDest incluse dans le planP.Table2 - Positions relatives d"une droite et d"un planPositions relatives des plansP1etP2sécantsparallèles

confondusstrictement parallèlesou disjointsleur intersection est la droiteDleur intersection est un planleur intersection est vide

Table3 - Positions relatives de deux plans

5quotesdbs_dbs48.pdfusesText_48

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