Mathématiques 2de

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Nombres et calculs
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Ch. 2
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Ch. 3
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Ch. 4
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Ch. 5
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Ch. 6
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Ch. 8
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Ch. 11
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Chapitre 7
Cours 1

Colinéarité de vecteurs

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Dans ce chapitre, on se place dans un repère orthonormé (\mathrm{O} ; \vec{i}, \vec{j}).

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A
Produit d'un vecteur par un réel

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Propriété
Soient \lambda un nombre réel et \vec{u} un vecteur de coordonnées \vec{u}\begin{pmatrix}{x} \\ {y}\end{pmatrix}.
Les coordonnées de \lambda \vec{u} sont \begin{pmatrix}{\lambda x} \\ {\lambda y}\end{pmatrix} et :
  • si \lambda > 0, alors \vec{u} et \lambda \vec{u} sont de même direction, de même sens et \|\lambda \vec{u}\|=\lambda\|\vec{u}\| \: ;
  • si \lambda \lt 0, alors \vec{u} et \lambda \vec{u} sont de même direction, de sens contraire et \|\lambda \vec{u}\|=-\lambda\|\vec{u}\| \: ;
  • si \lambda = 0, alors \lambda\vec{u} est le vecteur nul.
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    Logique

    \lambda \vec{u}=\overrightarrow{0} équivaut à \lambda =0 ou \vec{u}=\overrightarrow{0}.
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    Remarque

    Pour tous réels k et k' :
  • k(\vec{u}+\vec{v})=k \vec{u}+k \vec{v}
  • \left(k+k^{\prime}\right) \vec{u}=k \vec{u}+k^{\prime} \vec{u}
  • k\left(k^{\prime} \vec{u}\right)=\left(k k^{\prime}\right) \vec{u}.
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    Démonstration
    Dans le repère (\mathrm{O} ; \vec{i}, \vec{j}), on peut écrire :
    \lambda \vec{u}=\lambda(x \vec{i}+y \vec{j})=\lambda x \vec{i}+\lambda y \vec{j}.
    Les coordonnées de \lambda \vec{u} sont donc \begin{pmatrix}{\lambda x} \\ {\lambda y}\end{pmatrix}.
    Si \vec{u} est un vecteur directeur d'une droite d, alors \lambda \vec{u} aussi. Donc \vec{u} et \lambda \vec{u} sont de même direction.
    \|\lambda \vec{u}\|=\sqrt{(\lambda x)^{2}+(\lambda y)^{2}}
    =\sqrt{\lambda^{2}\left(x^{2}+y^{2}\right)}
    =\sqrt{\lambda^{2}} \times \sqrt{\left(x^{2}+y^{2}\right)}
    =|\lambda| \times\|\vec{u}\|
    d'où les différents cas énoncés en fonction du signe de \lambda.
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    EXCLU. PREMIUM 2023

    Produit d'un vecteur par un réel

    Déplacer le curseur pour modifier la valeur du réel par lequel le vecteur \overrightarrow{u} est multiplié.

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    Exemple
    Soit \vec{u} le vecteur de coordonnées \begin{pmatrix}{5} \\ {-3}\end{pmatrix}.
    \vec{v}=-2 \vec{u} a pour coordonnées : \begin{pmatrix}{-2 \times 5} \\ { -2 \times -3}\end{pmatrix} soit \begin{pmatrix}{-10} \\ { 6}\end{pmatrix}.
    \vec{u} et \vec{v} sont de même direction mais de sens contraire : on a \|-2 \vec{u}\|=\|\vec{v}\|=|-2| \times\|\vec{u}\|=2\|\vec{u}\|.
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    Notation

    Les coordonnées d'un vecteur peuvent s'écrire en ligne (x\: ; y) ou en colonne \begin{pmatrix}{ x} \\ { y}\end{pmatrix}.
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    Application et méthode
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    Énoncé
    Soient \mathrm{A}(3 \:; 5), \mathrm{B}(-1\: ; 8) et \mathrm{C}(2 \:;-4) trois points dans un repère orthonormé (\text{O} ; \vec{i}, \vec{j}). Déterminer les coordonnées du point \mathrm{D}\left(x_{\mathrm{D}}\: ; y_{\mathrm{D}}\right) telles que \overrightarrow{\mathrm{CD}}=3 \overrightarrow{\mathrm{AB}}.
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    Solution
    Les coordonnées de \overrightarrow{\mathrm{AB}} sont :
    x_{\mathrm{B}}-x_{\mathrm{A}}=-1-3=-4 et y_{\mathrm{B}}-y_{\mathrm{A}}=8-5=3, donc \overrightarrow{\mathrm{AB}}\begin{pmatrix}{-4} \\ {3}\end{pmatrix}.
    Celles de \overrightarrow{\mathrm{CD}} sont \overrightarrow{\mathrm{CD}}\begin{pmatrix}{x_{\mathrm{D}}-2} \\ {y_{\mathrm{D}}+4}\end{pmatrix}.
    On a alors : x_{\mathrm{D}}-2=3 \times(-4) et y_{\mathrm{D}}+4=3 \times 3.
    D'où : x_{\mathrm{D}}=-10 et y_{\mathrm{D}}=5.

    Pour s'entraîner

    Exercices p. 207 ; et p. 208
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    Méthode

    1. Calculer les coordonnées des vecteurs dont les extrémités sont connues.

    2. Si on ne connaît pas le point \text{D}, on appelle x_\text{D} et y_\text{D} ses coordonnées.

    3. Les coordonnées des autres vecteurs doivent être exprimées en fonction des coordonnées recherchées.

    4. Écrire les équations à partir de l'égalité vectorielle de l'énoncé.

    5. Résoudre.
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    B
    Colinéarité de vecteurs

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    Définition
  • Deux vecteurs \vec{u} et \vec{v} non nuls sont colinéaires lorsqu'il existe un nombre réel \lambda non nul tel que \vec{u} = \lambda \vec{v}.
  • L'homothétie de centre \text{A} et de rapport \lambda \neq 0 transforme le point \text{M} en \text{M}' tel que \overrightarrow{\mathrm{AM}^{\prime}}=\lambda \overrightarrow{\mathrm{AM}}.
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    Remarque

    Par convention, le vecteur nul est colinéaire à tout vecteur.
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    Propriété
    Deux vecteurs \vec{u} et \vec{v} non nuls sont colinéaires si, et seulement si, leurs coordonnées sont proportionnelles.
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    Démonstration
    Soient deux vecteurs \vec{u} et \vec{v} de coordonnées respectives \vec{u}\begin{pmatrix}{ x} \\ { y}\end{pmatrix} et \vec{v}\begin{pmatrix}{ x'} \\ { y'}\end{pmatrix}.
    \vec{u} et \vec{v} sont colinéaires \Leftrightarrow il existe \lambda \in \mathbb{R} tel que \vec{u}=\lambda \vec{v} \Leftrightarrow\begin{pmatrix}{x} \\ {y}\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}{\lambda \times x^{\prime}} \\ {\lambda \times y^{\prime}}\end{pmatrix} \Leftrightarrow les coordonnées de \vec{u} et \vec{v} sont proportionnelles.
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    Logique

    « Il existe un nombre \lambda » signifie qu'il suffit de trouver un seul nombre réel appelé \lambda qui vérifie la suite de la phrase.
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    Application et méthode
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    Énoncé
    Soient \mathrm{K}(-6 \:; 3), \mathrm{L}(3 \:; 5), \mathrm{M}(-4 \:;-5) et \mathrm{N}(14 \:;-1) quatre points dans un repère orthonormé (\mathrm{O} ; \vec{i}, \vec{j}). Les vecteurs \overrightarrow{\mathrm{KL}} et \overrightarrow{\mathrm{MN}} sont-ils colinéaires ? Justifier.
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    Méthode

    1. Calculer les coordonnées des vecteurs étudiés.

    2. Étudier la proportionnalité des coordonnées.

    3. Conclure en donnant éventuellement une égalité vectorielle.
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    Solution
    Les coordonnées de \overrightarrow{\mathrm{KL}} sont \begin{pmatrix}{3-(-6)} \\ {5-3}\end{pmatrix} soit \begin{pmatrix}{9} \\ {2}\end{pmatrix} et celles de \overrightarrow{\mathrm{MN}} sont \begin{pmatrix}{14-(-4)} \\ {-1-(-5)}\end{pmatrix} soit \begin{pmatrix}{18} \\ {4}\end{pmatrix}.
    On a donc \overrightarrow{\mathrm{MN}}=2 \overrightarrow{\mathrm{KL}} : les vecteurs \overrightarrow{\mathrm{MN}} et \overrightarrow{\mathrm{KL}} sont colinéaires.

    Pour s'entraîner
    Exercices et p. 207; et p. 208

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