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VECTEURS
Ph DEPRESLE
10 janvier 2017
Tabledes matières
1 Notion de vecteur2
1.1 Vecteur et translation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Vecteur égaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Vecteur nul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Coordonnées d"un vecteur dans un repère du plan2
2.1 Repère du plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Coordonnées d"un vecteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 Somme de deux vecteurs3
4 Produit d"unvecteur par un réel et colinéarité4
5 Compléments6
5.1 Caractérisation du milieu d"un segment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2 Norme d"un vecteur dans un repère orthonormal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6 Les exercices8
7 Les exercices corrigés10
1Chapitre : VecteursSeconde
1 Notion de vecteur
1.1 Vecteuret translation
Définition 1.Soient A et B deux points du plan. Latranslationquitransforme A enB associeàtoutpointC duplanlepointD telquelessegments[AD] et[BC]ont le même milieu. On dit que D est l"image deC par la translationde vecteur# »AB.1.2 Vecteurégaux
Définition 2.Soit A,B,C,D quatre points du plan.Direque les deux vecteurs# »AB et# »CD sontégaux signifiequ"ils sontassociésà la même translation,donc
que les segments[AD]et[BC]ont le même milieu. ?A? B C? D Propriétés 1.Soit A,B,C,D quatre points du plan.Les vecteurs# »AB et# »CD sont égaux si et seulement si le quadrilatère ABDC est un parallélogramme
(éventuellement aplati).Propriétés 2.
Soit#»u un vecteur. Pour tout point M du plan, il existe un point unique M tel que# »OM=#»u.
M est l"image de O par la translationde vecteur#»u.1.3 Vecteurnul
Définition 3.Lorsque les points A et B sont confondus, on dit que le vecteur# »AB est le vecteur nul et on
note#»0ce vecteur.2 Coordonnées d"un vecteur dans un repère du plan
2.1 Repère du plan
Soit (O,I,J) un repère du plan. Posons#»i=# »OIet#»j=# »OJ. Ce repère se note également (O;#»ı,#»?)2.2 Coordonnées d"un vecteur
Définition 4.
Soit(O;#»ı,#»?)un repère du plan,#»u un vecteur du plan et M l"unique point tel que# »OM=#»u.
Les coordonnéesde#»u dans un repère(O;#»ı,#»?)sont les coordonnées de M dans ce repère.
Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 2 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
?i? j y x x?i?u y?j ?O ?MExemple :Représenter le vecteur#»u?2
-3? ?i? j +2 -3 ?O ??u u u Propriétés 3.Soient#»u et#»v deux vecteurs de coordonnées respectives#»u?x y? et#»v?x? y dans un repère(O;#»i,#»j).#»u=#»v équivaut à?x=x? y=y?.Propriétés 4.Soit un plan muni d"un repère(O;#»i,#»j), soient A(xA,yA)et B(xB,yB), deux points du
plan.Les coordonnéesdu vecteur# »AB sont?xB-xA
y B-yA? Exemple :SoientA(2;-5) etB(-3;3) deux points d"un repère (O;-→i,-→j),Le vecteur
# »ABa pour coordonnées#»u?-58?3 Somme de deux vecteurs
Définition 5.Soit#»u et#»v deux vecteurs du plan.Onappellesommedesvecteurs#»u et#»v levecteurnoté#»u+#»v ,levecteurassociéàlatranslationrésultant
de la successiondes translationsde vecteurs#»u et#»v .Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 3 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
Relation de Chasles.
Pour tous les pointsA,BetCdu plan :
AB+# »BC=# »AC
ABC#»
u#»v u+#»vRègle du parallélogramme.
Pour tous pointsA,B,C,Ddu plan :# »AB+# »AC=# »ADsi et seulement siABDCest un parallélogramme.
Propriétés 5.Pour tous les vecteurs#»u,#»v et#»w du plan : #»u+#»v=#»v+#»u #»u+#»0=#»0+#»u=#»uIl existe un unique vecteur noté-#»u (opposé de#»u) tel que#»u+(-#»u)=(-#»u)+#»u=#»0.
L"opposé du vecteur# »AB est# »BA.
Propriétés 6.Soient#»u et#»v deux vecteurs de coordonnées respectives#»u?x y? et#»v?x? y dans un repère(O;-→i,-→j),Alors le vecteur
#»u+#»v a pour coordonnées?x+x? y+y??4 Produit d"un vecteur par un réel et colinéarité
#»u -3#»u Définition 6.Soit(O,I,J)un repère du plan,#»u?x y? un vecteur et k un nombre réel.Le vecteur k
#»u est le vecteur de coordonnées?kxky? dans le repère(O,I,J). On admet que le vecteur ainsi défini est indépendant du choix du repère.Remarque :
Pour tout vecteur
#»u, (-1)#»u=-#»u. Propriétés 7.Pour tous vecteurs#»u,#»v du plan, et tous nombres réels k,k?:Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 4 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
k(#»u+#»v)=k#»u+k#»v .
(k+k?)#»u=k#»u+k?#»u.
k(k?#»u)=(kk?)#»u
1#»u=#»u
k#»u=#»0??k=0ou#»u=#»0
Définition 7.Vecteurs colinéaires
Soient#»u et#»v deux vecteurs du plan. On dit que les vecteurs#»u et#»v sont colinéaires si l"un des deux
vecteurs est nul, ou s"il existe un réel k tel que#»v=k#»u. u? v v=3 2?u uet?vsont colinéairesPropriétés 8.
Soient quatre points du plan tels que A?=B et C?=D. Les droites(AB)et(CD)sont parallèles si et
seulement si les vecteurs# »AB et# »CD sont colinéaires.Les points A,B,C sont alignés si et seulement si les vecteurs# »AB et# »AC sont colinéaires.
Propriétés 9.Critère de colinéaritéDans un repère :
Les vecteurs#»u?x
y? et#»v?x? y sont colinéairessi et seulement si xy ?-yx?=0.Démonstration
?Si l"un des vecteurs est nul,#»upar exemple alorsx=0 ety=0 doncxy?-yx?=0.?Soient#»uet#»vdeux vecteurs non nuls,#»uet#»vsont colinéaires s"il existe un réelktel que#»u=k#»v.
On a donc
#»u?x y? etk#»u?kxky? soitx?=kxety?=ky alors xx? yy?est un tableau de proportionnalité et par conséquentxy?-yx?=0.? Exemple :Démontrer que les pointsA(-3;-2)B(3;1) etD(5,2) sont alignés.D"après l"exemple précèdent on a :
# »AB?63? et# »AD?84?Comme 6×4-3×8=0, les vecteurs# »ABet# »ADsont colinéaires donc les pointsA(-3;-2),B(3;1) et
D(5,2) sont alignés.
Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 5 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
5 Compléments
5.1 Caractérisationdu milieu d"un segment
Propriétés 10.Soit[AB]un segment. Le point I est le milieu du segment[AB]si et seulement si # »I A+# »IB=#»0ce qui équivaut à# »IB=12# »AB.
-→I A-→ IB A ?B IPropriétés 11.Pour tout point M du plan on a :# »MA+# »MB=2# »MI où I est le milieu du segment[AB].
Remarque :2# »MIest porté par la diagonale du parallé- logramme de centreIformé à partir de# »MAet# »MB. 2?MI ?A?B?I ?MDémonstration# »MA+# »MB=(# »MI+# »I A)+(# »MI+# »IB)=2# »MI+# »I A+# »IB=2# »MI+#»0=2# »MI?
Remarque :SiA(xA,yA) etB(xB,yB) sont les coordonnées des pointsAetBalors les coordonnées deIsont (xA+xB
2,yA+yB2).
5.2 Norme d"un vecteurdans un repère orthonormal
xy-→i-→ jxy-→i-→ jxy-→i-→ jO OORepère quelconque
Repère orthogonalRepère orthonormal
Soit un repère orthonormal(O;#»ı,#»?)
Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 6 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
Définition 8.Soit#»u un vecteur, A et B deux points du plan tels que# »AB=#»u . On appelle norme du vecteur#»u, que l"on note?#»u?, la longueur du segment[AB]:?#»u?=AB Propriétés 12.? ?#»u?=0si et seulement si#»u=#»0. ?Pour tout vecteur#»u et tout réel k, on a?k#»u?=|k|?#»u?. ?Si#»u?x y? alors?#»u?=? x2+y2 ?AB=? (xB-xA)2+(yB-yA)2.Démonstration
?SoitAun point du plan,#»0=# »AA donc?#»0?=AA=0 ?SoitMun point du plan tel que# »OM=#»u, ?#»u?=OM=? x2+y2 ?On a vu que# »AB?xB-xA y B-yA? et doncAB=?# »AB?=?
(xB-xA)2+(yB-yA)2? xAy i? j u O ?MOA2=x2
AM 2=y2 doncOM2=x2+y2 (Pythagore) Exemple :On donneA(-2;2),B(1;4) etC(3;1). Quelle est la nature du triangle ABC? 12345-11 2 3-1-2 ?A? B C
On a :
# »AB?1-(-2) 4-2? # »AB?32? soitAB=?# »AB?=?32+22=?13
# »AC?3-(-2) 1-2? # »AC?5 -1? soitAC=?# »AC?=?52+(-1)2=?26
# »BC?3-1 1-4? # »BC?2 -3? soitBC=?# »BC?=?22+(-3)2=?13
Le triangle est isocèle enB(AB=BC)
et d"après la réciproque de Pythagore, il est rectangle enB. (AC2=AB2+BC2) En conclusion le triangleABCest rectangle isocèle enB.Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 7 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
6 Les exercices
1. On considère un triangleABC. SoitMle point du plan tel que# »MA+3# »MB-2# »MC=#»0
(a) Exprimer le vecteur # »AMen fonction des vecteurs# »ABet# »AC. (b) Construire le pointMdans la figure ci-dessous. A B C2. (a) Surledessinci-dessous,placerlespointsMetNtelsque# »AM=# »AB+# »ACet# »MN=# »AB-# »AC.
A BC (b) Montrer queBest le milieu du segment [AN].3. Dans le plan muni d"un repère (O;#»ı,#»?) on donne les pointsA(-1;1),B(2;1) etC(-2;3)
(a) Déterminer les coordonnées du pointMtel que# »AM=2# »BC. (b) Déterminer les coordonnées du pointPtel que# »BA+2# »BC+32# »BP=#»0.
(c) Les pointsB,MetPsont-ils alignés?Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 8 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
4.QCMQuestionsRéponses
1.Si#»u=-?7
2#»valors les vecteurs#»uet#»usont
?égaux ?colinéaires ?quelconques2.Deux vecteurs colinéaires ont?des directions différentes
?même sens ?même direction3.SiA(2;-1) etB(-2;1) alors?# »AB?00?
?# »AB?-4 2? ?# »AB?4 -2?4.SiMest le milieu de [AB] alors?# »MA=-# »MB
?# »MA=# »MB ?-# »MA=# »BM5.SiRATPest un parallélogramme alors?# »TA=-# »PR
?# »PA=-# »TR ?# »RA=-# »TPNotes de cours: Ph DEPRESLEPage 9 sur12
Chapitre : VecteursSeconde
7 Les exercices corrigés
1. (a) SoitMle point du plan tel que# »MA+3# »MB-2# »MC=#»0.
On utilise la relation de Chasles et on a :# »MA+3(# »MA+# »AB)-2(# »MA+# »AC)=#»0# »MA+3# »MA+3# »AB-2# »MA-2# »AC=#»0
2# »MA+3# »AB-2# »AC=#»0
Soit# »MA=# »AC-3
2# »ABet enfin# »AM=32# »AB-# »AC.
(b) On obtient : ?A B C P? M2. (a) Pour le pointMas de problème c"est une somme de deux vecteurs.
Pour le pointNOn transforme# »MNen écrivant :# »MN=# »AB+# »CA=# »CA+# »AB=# »CB
On obtient :
-→AB+-→AC A? C B? M N(b)# »AM=# »AB+# »ACdoncACMBest un parallélogramme et donc# »AB=# »CM.# »MN=# »CBdoncCMNBest un parallélogramme et donc# »BN=# »CM.
On a# »AB=# »CMet# »BN=# »CMsoit# »AB=# »BN.Ce qui prouve queBest le milieu de [AN].
3. Dans le plan muni d"un repère (O;#»ı,#»?) on donne les pointsA(-1;1),B(2;1) etC(-2;3)
(a) # »BC?-4 2? et donc 2# »BC?-8 4?Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 10 sur
12Chapitre : VecteursSeconde
SoitM(x;y) l"égalité# »AM=2# »BCpermet d"écrire :?x+1=-8 y-1=4soit?x=-9 y=5et on a doncM(-9;5). (b) pour déterminer les coordonnées du pointPtel que# »BA+2# »BC+32# »BP=#»0 on calcule les
coordonnées des vecteurs # »BAet 2# »BCpuis on résout le système :?????-3-8+32(x-2)=0
0+4+32(y-1)=0soit?????x=28
3 y=-5 3. (c) On a # »BM?-11 4? et# »BP(((22 3 -8 3))) La condition de colinéarité est vérifiée (-11×-83-4×223=0)
Donc les pointsB,MetPsont alignés.
12345-1 -21 2 3 4 5 6 7 8 9-1-2-3-4-5-6-7-8 ?A? B? C? uv ?P 4.QCM