Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2022, Amérique du Nord : exercice 3
Dans l'espace muni d'un repère orthonormé d'unité 1 cm, on considère les points suivants :
Montrer que le triangle JKL est rectangle en J.
Calculer la valeur exacte de l'aire du triangle JKL en cm.
Déterminer une valeur approchée au dixième près de l'angle géométrique .
Démontrer que le vecteur de coordonnées est un vecteur normal au plan (JKL).
En déduire une équation cartésienne du plan (JKL).
Dans la suite, T désigne le point de coordonnées .
Déterminer une représentation paramétrique de la droite orthogonale au plan (JKL) et passant par T.
Déterminer les coordonnées du point H, projeté orthogonal du point T sur le plan (JKL).
On rappelle que le volume d'un tétraèdre est donné par la formule :
Calculer la valeur exacte du volume du tétraèdre JKLT en cm.
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Question 1. a) Montrons que le triangle JKL est rectangle en J. Il suffit de montrer que les vecteurs et sont orthogonaux.
On calcule leurs coordonnées :
Le repère étant orthonormé, le produit scalaire se calcule coordonnée par coordonnée :
Les vecteurs et sont non nuls et orthogonaux.
Donc le triangle JKL est rectangle en J.
Question 1. b) Le triangle JKL est rectangle en J, donc son aire est le demi-produit des longueurs des côtés de l'angle droit.
On calcule ces longueurs :
Donc
Donc l'aire du triangle JKL est cm.
Réponse : cm.
Question 1. c) On calcule l'angle avec le produit scalaire .
On a
Donc
Les longueurs sont et . Donc
L'angle géométrique est compris entre et , donc
Donc l'angle mesure environ .
Réponse : .
Question 2. a) Un vecteur est normal à un plan s'il est orthogonal à deux vecteurs directeurs non colinéaires de ce plan.
Les vecteurs et ne sont pas colinéaires : ils sont non nuls et orthogonaux d'après la question 1. a). Ils dirigent donc le plan (JKL).
On calcule les produits scalaires avec :
Le vecteur est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (JKL).
Donc est un vecteur normal au plan (JKL).
Question 2. b) Le plan (JKL) a pour vecteur normal , donc il admet une équation cartésienne de la forme
Le point appartient au plan, donc ses coordonnées vérifient l'équation :
Une équation cartésienne du plan (JKL) est donc
Vérification avec les autres points : pour K, pour L, .
Réponse : .
Question 3. a) La droite est orthogonale au plan (JKL), donc le vecteur normal est un vecteur directeur de . La droite passe par .
Une représentation paramétrique de est donc
Question 3. b) Le projeté orthogonal H de T sur le plan (JKL) est le point d'intersection de la droite (perpendiculaire au plan passant par T) et du plan (JKL).
Les coordonnées de H vérifient l'équation du plan avec les coordonnées paramétrées de :
En remplaçant par dans la représentation paramétrique : , , .
Donc .
Vérification : .
Réponse : .
Question 3. c) On prend pour base le triangle JKL, d'aire cm. La hauteur correspondante est la distance de T au plan (JKL), c'est-à-dire , puisque H est le projeté orthogonal de T sur ce plan.
On a
D'après la formule ,
Donc le volume du tétraèdre JKLT est cm.
Réponse : cm.
Points clés attendus
Établir l'angle droit par un produit scalaire nul, avec des vecteurs non nuls.
Utiliser pour l'angle, avec un arrondi au dixième.
Pour un vecteur normal : l'orthogonalité à deux vecteurs non colinéaires du plan, puis déterminer avec les coordonnées de J.
Obtenir H comme intersection de la droite et du plan, en résolvant l'équation en .
Identifier la hauteur du tétraèdre à et citer la formule du volume.
Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.
Comment t'entraîner
Chronomètre-toi, rédige sur papier comme le jour du bac, puis seulement après regarde le cours. Si tu bloques sur une question, écris « on admet que… » et passe à la suivante.
Les autres exercices de ce sujet
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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Amérique du Nord, 18 mai 2022), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
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