Mathématiques 1re Spécialité

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Chapitre 9
TP / TICE 1

Rechercher une situation d'orthogonalité

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Énoncé
Soit \text{ABCD} un carré de côté de longueur b et \text{BEFG} un carré de longueur e à l'extérieur du premier tel que \text{G} \in [\text{CB}]. Soit \text{M} un point appartenant à la droite (\text{CE}).
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Objectif
En utilisant une des deux méthodes, trouver la position du point \mathbf{M}\left(x_{\mathbf{M}} \: ; y_{\mathbf{M}}\right) pour que les droites (\text{AM}) et (\text{CE}) soient perpendiculaires.
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Méthode 1
GeoGebra

1. À l'aide de l'outil Polygone régulier, tracer le carré \text{ABCD} de façon à ce que les points \text{A} et \text{B} aient pour coordonnées respectives (0\, ; 0) et (14\, ; 0).
Tracer de la même manière le carré \text{BEFG} de façon à ce que \text{E} ait pour coordonnées (16\, ; 0).

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GeoGebra

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2. Avec l'outil Droite, tracer la droite (\text{CE}) et ajouter un point mobile \text{M} sur cette droite.

3. Tracer la droite (\text{AM}).

Placeholder pour Illustration de la situation étudiéeIllustration de la situation étudiée
Le zoom est accessible dans la version Premium.

4. Dans la barre de saisie, afficher la valeur du produit scalaire \overrightarrow{\mathrm{MA}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{ME}} avec la commande :
ProduitScalaire( < Vecteur >, < Vecteur >)

5. Trouver l'emplacement du point \text{M} tel que \overrightarrow{\mathrm{MA}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{ME}}=0. Il est possible de zoomer sur la figure pour effectuer des déplacements plus précis.


6. Conjecturer l'emplacement du point \text{G} par rapport à la droite (\text{AM}) .


7. Changer les dimensions des carrés \text{ABCD} et \text{BEFG} et reprendre les questions 5. et 6..
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Méthode 2
Tableur

On se place dans le repère orthonormé (\mathrm{A}\, ; \vec{i}, \vec{j}) tel que \vec{i} est colinéaire à \overrightarrow{\text{AB}} et \vec{j} est colinéaire à \overrightarrow{\text{AD.}} On se place dans le cas où b > e .
1. Exprimer les coordonnées des points \text{A}, \text{C} et \text{E} en fonction de b et e .

2. On pose \overrightarrow{\mathrm{AM}}=\overrightarrow{\mathrm{AE}}+\overrightarrow{k \mathrm{EC}} avec k \in[0\, ; 1] Que peut-on dire du point \text{M} par rapport à la droite (\text{CE}) ?
Exprimer le produit scalaire \overrightarrow{\mathrm{AM}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{CE}} en fonction de b , e et k .

3. On considère le cas où b = 14 et e = 2 . Dans une feuille de calcul, lister dans la première colonne les valeurs de k avec un pas de 0{,}01 et dans la deuxième colonne les valeurs de \overrightarrow{\mathrm{AM}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{CE}} correspondantes. Quelle est la valeur de k pour laquelle \overrightarrow{\mathrm{AM}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{CE}}=0 ?

4. Que peut-on dire des droites (\text{AM}) et (\text{CE}) pour cette valeur de k ?

5. Exprimer à l'aide de la question 2. les coordonnées du point \text{M} ainsi que les distances \text{AG}, \text{AM} et \text{GM} en fonction de b , e et k . Calculer ces valeurs pour la valeur de k trouvée à la question 3. .

6. Que vaut la valeur \text{AG} + \text{GM}- \text{AM} ? Que peut-on en déduire pour les points \text{A}, \text{G} et \text{M} ?
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Pour aller plus loin

1. En utilisant le produit scalaire \overrightarrow{\mathrm{CE}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{AM}}, trouver une condition sur les coordonnées de \text{M} lorsque (\text{AM}) et (\text{CE}) sont perpendiculaires.

2. Déterminer une équation cartésienne de la droite (\text{AM}) .

3. Démontrer que le point \text{G} appartient à la droite (\text{AM}) pour toutes valeurs de b et e strictement positives.
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