Parallélisme et orthogonalité dans l’espace
Cours : Parallélisme et orthogonalité dans l’espace page1/4 Parallélisme et orthogonalité dans l’espace 1 Parallélisme et intersection ¾ Par deux points A et B distincts il ne passe qu’une seule droite, la droite (AB) ¾ Par trois points A, B et C non alignés il ne passe qu’un seul plan, le plan (ABC)
Parallélisme et orthogonalité dans lespace
Parallélisme et orthogonalité dans l'espace A Parallélisme dans l'espace 1- Droite parallèle à un plan Pour qu'une droite soit parallèle à un plan, il suffit qu'elle soit parallèle à une droite du plan Hypothèses : - la droite d est incluse dans le plan P - les droites d et d' sont parallèles Conclusion : La droite d est parallèle
Parallélisme et orthogonalité - Nicolas SEGUY
à l’autre Théorème : Si une droite (D) est perpendiculaire à un plan (P), alors elle est orthogonale à toute droite de (P) Théorème : Deux droites perpendiculaires à un même plan (P) sont parallèles Théorème : Deux plans perpendiculaires à une même droite sont parallèles Parallélisme et orthogonalité dans l’espace
YOUSSEFBOULILA Parallélisme dans l’espace 2SC
− Orthogonalité dans l’espace I- Définitions de la perpendicularité et de l’orthogonalité 1- Droites perpendiculaires et droites orthogonales Définitions : Deux droites sont perpendiculaires lorsqu’elles se coupent en formant un angle droit Deux droites sont orthogonales lorsque, si, par un point donnée, on trace leurs
Géométrie dans l’espace
1 6 L’ORTHOGONALITÉ 1 6 L’orthogonalité 1 6 1 Droites orthogonales Définition 3 : Deux droites d1 et d2 sont : •perpendiculaires si, et seulement si, d1 et d2 se coupent perpendiculaire-ment •orthogonales si, et seulement si, il existe une droite ∆ parallèle d1 qui est perpendiculaire à d2 d1 ∆ d2
TS Synthèse ch G1 : Géométrie dans l’espace
c) :Parallélisme d’une droite et d’un plan Une droite D est parallèle au plan P si et seulement si le plan P contient une droite parallèle à la droite D Théorème du toit Si d est une droite du plan P d’ une droite incluse dans P’ d et d’ sont parallèles Orthogonalité dans l’espace: a) Orthogonalité de deux droites :
TS Synthèse ch G1 : Géométrie dans l’espace
d et d’ sont parallèles Orthogonalité dans l’espace: a) Orthogonalité de deux droites : Définition : Deux droites D et ∆ de l’espace sont orthogonales si leurs parallèles menées par un point quelconque sont perpendiculaires Attention au vocabulaire: Deux droites orthogonales peuvent être coplanaires ou non coplanaires
Géométrie et orthogonalité dans l’espace – Fiche de cours
Géométrie et orthogonalité dans l’espace – Fiche de cours I Définir un plan dans l’espace 1 Avec 3 points Un plan de l’espace peut être défini avec 3 points non alignés Exemple : Soient A, B et C 3 points de l’espace, on définit le plan (P) = (ABC) 2 Avec une droite et un point
Oral 1 géométrie
2 Parallélisme de droites et de plans dans l’espa e Définition 13 parallélisme de deux plans dans l’espa e : Deux plans de l'espa e sont parallèles s’ils ne sont pas sécants Propriété 12 : A, B et C étant trois points distincts non alignés de l’espa e, le plan (A ) est l’ensemle
ière partie : GÉOMÉTRIE ANALYTIQUE DANS L’ESPACE
l’espace (rappels) Dans l’espace un repère est formé par un point O et par trois vecteurs non nuls et non coplanaires e e e1 2 3, , , représentant les vecteurs unitaires sur les axes x, y et z Sauf précision contraire, on travaillera toujours en axes orthonormés ♦ de l’espace, on aPour tout point P: OP =xe1 +ye2 +ze3 où (x, y, z
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DERNIÈRE IMPRESSION LE26 juin 2013 à 15:11
Géométrie dans l"espace
Table des matières
1 Droites et plans2
1.1 Perspective cavalière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Le plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Relations entre droites et plans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.1 Relations entre deux droites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.2 Relations entre une droite et un plan. . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.3 Relation entre deux plans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Le parallélisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.1 Parallélisme d"une droite et d"un plan. . . . . . . . . . . . . 4
1.4.2 Parallélisme de deux plans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Section d"un cube et d"un tétraèdre par un plan. . . . . . . . . . . . 5
1.5.1 Section d"un cube par un plan. . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5.2 Section d"un tétraèdre par un plan. . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 L"orthogonalité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6.1 Droites orthogonales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6.2 Orthogonalité entre une droite et un plan. . . . . . . . . . . 7
1.6.3 Exemple d"application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Géométrie vectorielle9
2.1 Définition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Vecteurs coplanaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Le théorème du toit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5 Repérage dans l"espace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6 Représentation paramétrique d"une droite. . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6.1 Théorème. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6.2 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6.3 Représentation paramétrique d"un plan. . . . . . . . . . . . 15
3 Produit scalaire16
3.1 Définition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Propriétés et orthogonalité dans l"espace. . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Équation cartésienne d"un plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3.1 Vecteur normal. Droite orthogonale à un plan. . . . . . . . 19
3.3.2 Plans perpendiculaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4 Équation d"un plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5 Exercice de BAC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
PAULMILAN1 TERMINALES
1 DROITES ET PLANS
1 Droites et plans
1.1 Perspective cavalière
Définition 1 :Laperspective cavalièreest une manière de représenter en deux dimensions des objets en volume. Cette représentation ne présente pas de point de fuite : la taille des objetsne diminue pas lorsqu"ils s"éloignent.Dans cette perspective, deux des axes sont
orthogonaux (vue de face en vraie grandeur) et le troisième axe est incliné d"un angleα compris en général entre 30 et 60°par rap- port à l"horizontale, appelé "angle de fuite".Les mesures sur cet axe sont multipliées par
un facteur de réductionkcompris en général entre 0,5 à 0,7.Cette perspective ne donne qu"une indica-
tion sur la profondeur de l"objet. A BC DE F G H fuyante ← ×kα représentation du cube ABCDEFGH ?La perspective cavalièrene conserve pas: la mesure : deux segments de même longueur peuvent être représentés par deux segments de longueurs différentes (AB?=BC); les angles en particulier deux droites perpendiculaires peuvent être représen- tées par deux droites non perpendiculaires ((AB)??(AD)) Un carré peut être représenté par un parallélogramme (AEHD)! Deux droites peuvent se couper sur la perspective sans être sécantes en réalité! (les droites (HC) et (AG) par exemple)Par contre, cette perspectiveconserve:
le parallélisme : deux droites parallèles sont représentées par des droites paral- lèles; le milieu ou tout autre division d"un segment.1.2 Le plan
Définition 2 :Un planPpeut être défini par trois points A, B, C non alignés.Il est alors noté (ABC).
Un plan peut être aussi défini par deux droites sécantes ou strictementparallèles.Exemple :Dans le cube ABCDEFGH
le planPpeut être défini par : les points A, E, C. Il peut être noté(AEC)les droites (EC) et (AG).
les droites (AE) et (CG)A BC
DE FG H PPAULMILAN2 TERMINALES
1.3 RELATIONS ENTRE DROITES ET PLANS
1.3 Relations entre droites et plans
1.3.1 Relations entre deux droites
Propriété 1 :Deux droites, dans l"espace, peuvent être : coplanaires, si ces deux droites appartiennentà un même plan [(AF) et (BE)];
secantes, si ces deux droites se coupent en un point [(AB) et (AD)]; parallèles, si ces deux droites sont coplanaires et n"ont aucun point commun ou si ces deux droites sont confondues [(AB) et (HG)];non coplanaires[(AB) et (DG)].A BC
DE F G H Conclusion :Deux droites peuvent être parallèles, sécantes ou non coplanaires.1.3.2 Relations entre une droite et un plan
Propriété 2 :Une droite et un plan peuvent être :parallèles: si la droite et le plan n"ont
aucun point commun ou si la droite est contenue dans le plan [(EF) etP];sécantes: si la droite et le plan ont un
seul point commun [(HI) etP] A BC DE F G H I P1.3.3 Relation entre deux plans
Propriété 3 :Deux plans peuvent être :
parallèles: si les deux plans n"ont au-
cun points commun ou si les deux plans sont confondus (P1∩P2=∅)sécants: si les deux plans
ont une droite en commun. (P1∩P3= (BC)) A BC DE F G H P1 P2 P3PAULMILAN3 TERMINALES
1 DROITES ET PLANS
1.4 Le parallélisme
1.4.1 Parallélisme d"une droite et d"un plan
Théorème 1 :Si une droitedest parallèle à une droiteΔcontenue dans un planP, alorsdest parallèle àP.
d//ΔΔ?P?
?d//P P Δd Théorème 2 :Si un planP1contient deux droites sécantesd1etd2parallèles à un planP2, alors les plansP1etP2sont parallèles d1?P1etd2?P1
d1etd2sécantes
d1//P2etd2//P2?????
?P1//P2 P1 P2 d1d 2 Théorème 3 :Si une droitedest parallèle à deux plansP1etP2sécants en une droiteΔalorsdetΔsont parallèles. d//P1etd//P2 P1∩P2=Δ?
?d//Δ d P1 P2 Théorème 4 :Théorème du toit(démontration cf géométrie vectorielle) Soientd1etd2deux droites parallèles contenues respectivement dans les plans P1etP2. Si ces deux plansP1etP2sont sécants en une droiteΔ, alors la droite
Δest parallèle àd1etd2.
d 1//d2 d1?P1etd2?P2
P1∩P2=Δ?????
??Δ//d1Δ//d2
d1d2Δ P2 P1PAULMILAN4 TERMINALES
1.5 SECTION D"UN CUBE ET D"UN TÉTRAÈDRE PAR UN PLAN
1.4.2 Parallélisme de deux plans
Théorème 5 :Si deux plansP1etP2sont parallèles, alors tout plan sécant à l"un est sécant à l"autre et les droites d"intersectiond1etd2sont parallèles. P 1//P2 P3∩P1=d1?
??P3∩P2=d2
d 1//d2 d2 d 1P1 P2 P31.5 Applications:sectiond"uncubeetd"untétraèdreparunplan
1.5.1 Section d"un cube par un plan
Soit un cube ABCDEFGH et un plan (IJK) tel
que : -→EI=23--→EH ,-→AJ=23-→AB et-→FK=14-→FG
Il s"agit de déterminer l"intersection, lorsque cela est possible, d"un plan avec chaque face du cube. A BC DE F G H ?I J? ??K L"intersection, lorsqu"elle existe, d"une face par le plan (IJK)est un segment Une droite doit être tracée dans un plan contenant la face du cube Si deux points M et N du plan (IJK) sont sur une face, on relie M et N, cela donne l"intersection de (IJK) et de cette face La section du cube par le plan (IJK) est un polygone.Dans notre construction :
On trace [IK] en rouge qui est l"intersection du plan(IJK) avec la face du haut EFGH. On ne peut pas relier J à I ou K car ces segments nesont pas sur une face du cube.On cherche l"intersection de (IJK) avec la face avantABFE. Pour cela, on détermine l"intersection de ladroite (IK) avec la droite (EF) qui contient l"arête [EF]appartenant aux faces EFGH et ABFE. On note L leurpoint d"intersection. Comme L?(IK) doncL?(IJK).
Comme L?(EF), donc L appartient au plan (EFB)
contenant la face ABFE. On trace alors la droite (JL) dans le plan (EFB) qui coupe [FB] en M.Comme M?(JL), M?(IJK).
Ainsi [JM] et [KM] constituent les intersections duplan(IJK)aveclesfacesavantABFEetdedroiteBCGF.On trace ces segments en rougeA BC
DE FG H ?I J? ?K L MPAULMILAN5 TERMINALES
1 DROITES ET PLANS
On réitère cette opération pour la face gauche ADHE et la face du dessous ABCD :On détermine l"intersection de la droite (MJ) avec ladroite (AE) qui contient l"arête [AE] appartenant auxfaces ADHE et ABFE. On note N leur point d"intersec-tion. Comme N?(MJ) donc N?(IJK).
Comme N?(AE), donc N appartient au plan (EAD)
contenant la face ADHE. On trace alors la droite (NI) dans le plan (EAD) qui coupe [AD] en O.Comme O?(NI), O?(IJK).
Ainsi [OI] et [OJ] constituent les intersections du plan(IJK) avec les faces de gauche ADHE et de dessousABCD. On trace ces segments en rouge et en pointillécar ces segments sont sur des faces cachées.
La section du cube ABCDEFGH par le plan (IJK) est lepentagone IKMJO. A BC DE FG H ?I J? ?K L M N O Remarque :Comme les faces EFGH et ABCD dont parallèles. Le plan (IJK) coupe ces faces en des segments parallèles. Il en est de même pour les faces BCGH etADHE. On a donc :
(IK)//(OJ) et (KM)//(IO)1.5.2 Section d"un tétraèdre par un plan
Soit un tétraèdre ABCD et un plan (EFG) tel
que :E centre de gravité du triangle ABD,
-→BF=12-→BC et--→CG=15--→CA
Il s"agit de déterminer l"intersection d"un plan avec chaque face du tétraèdre. A B C D? E F? G?Dans notre construction :
E est l"intersection des médianes du triangle ABD. On trace [GF] en rouge qui est l"intersection du plan(EFG) avec la face ABC. On ne peut pas relier E à F ou G car ces segments nesont pas sur une face du tétraèdre.On cherche l"intersection de (EFG) avec la face ABD.Pour cela, on détermine l"intersection de la droite (GF)avec la droite (AB) qui contient l"arête [AB] apparte-nant aux faces ABC et ABD. On note H leur point d"in-tersection. Comme H?(GF) donc H?(EFG).
Comme H?(AB), donc H appartient au plan (ABD)
contenant la face ABD. On trace alors la droite (HE) qui coupe [BD] en I et [AD] en J. Comme I?(HE) et J?(HE) alors I?(EFG) et J?(EFG).Ainsi [IJ], [FI] et [JG] constituent les intersections duplan (EFG) avec les faces ABD, BCD et ADC. On traceces segments en rouge et [FI] et [JG] en pointillé carsur des faces cachées.
La section du tétrèdre ABCD par le plan (EFG) est lequadrilatère GFIJ. A B C DE FG? H IJ