Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2022, Amérique du Nord : exercice 3
Une exposition d'art contemporain a lieu dans une salle en forme de pavé droit de largeur 6 m, de longueur 8 m et de hauteur 4 m.
Elle est représentée par le parallélépipède rectangle OBCDEFGH où OB m, OD m et OE m.
On utilise le repère orthonormé tel que et .

Dans ce repère on a, en particulier C(6 8 0), F(6 0 4) et G(6 8 4).
Une des œuvres exposées est un triangle de verre représenté par le triangle ART qui a pour
sommets A(6 0 2), R(6 3 4) et T(3 0 4), Enfin, S est le point de coordonnées .
Vérifier que le triangle ART est isocèle en A.
Calculer le produit scalaire .
En déduire une valeur approchée à degré près de l'angle .
Justifier que le vecteur est un vecteur normal au plan (ART).
En déduire une équation cartésienne du plan (ART).
Un rayon laser dirigé vers le triangle ART est émis du plancher à partir du point S. On admet que ce rayon est orthogonal au plan (ART).
Soit la droite orthogonale au plan (ART) et passant par le point S.
Justifier que le système ci-dessous est une représentation paramétrique de la droite :
Soit L le point d'intersection de la droite , avec le plan (ART).
Démontrer que L a pour coordonnées .
L'artiste installe un rail représenté par le segment [DK] ou K est le milieu du segment [EH].
Sur ce rail, il positionne une source lumineuse laser en un point N du segment [DK] et il oriente ce second rayon laser vers le point S.

Montrer que, pour tout réel de l'intervalle [0 1], le point N de coordonnées est un point du segment [DK].
Calculer les coordonnées exactes du point N tel que les deux rayons laser représentés par les segments [SL] et [SN] soient perpendiculaires.
Voir le corrigé
Question 1. a)
Les vecteurs et se calculent coordonnée par coordonnée, avec , et :
Le repère est orthonormé, donc
On a .
Donc le triangle est isocèle en .
b)
Le produit scalaire se calcule avec les coordonnées dans un repère orthonormé :
Réponse : .
c)
Par définition du produit scalaire,
Avec la question précédente, , donc
L'angle est compris entre et à la calculatrice (mode degrés),
Donc l'angle mesure environ (à degré près).
Réponse : .
Question 2. a)
Les vecteurs et ne sont pas colinéaires : leurs premières coordonnées sont et , tandis que leurs deuxièmes coordonnées sont et , donc aucun réel ne vérifie (la deuxième coordonnée imposerait , ce qui est incompatible avec la première).
Ils dirigent donc le plan .
On calcule les produits scalaires avec :
Le vecteur est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan .
Donc est un vecteur normal au plan .
b)
Un plan de vecteur normal a une équation de la forme
Le point appartient au plan, donc
Une équation cartésienne du plan est donc
Vérification avec les deux autres sommets :
Réponse : .
Question 3. a)
La droite est orthogonale au plan , donc le vecteur normal est un vecteur directeur de .
La droite passe par .
Un point appartient à si et seulement s'il existe un réel tel que , c'est-à-dire
Donc
C'est bien le système proposé : c'est une représentation paramétrique de .
b)
Le point est le point de qui appartient au plan . Ses coordonnées vérifient à la fois la représentation paramétrique de et l'équation de .
On remplace , , dans :
On développe :
Pour :
Donc a pour coordonnées .
Question 4. a)
On a (car ), et .
Le point est le milieu de :
Donc
Un point appartient au segment si et seulement s'il existe tel que .
Cela donne
Donc, pour tout , le point est un point du segment (il vaut pour et pour ).
b)
Les rayons représentés par et sont perpendiculaires si et seulement si .
On a
Donc
Ce produit scalaire est nul si et seulement si , soit .
On a bien : le point appartient au segment .
Alors
Donc les rayons laser et sont perpendiculaires lorsque a pour coordonnées .
Réponse : .
Points clés attendus
Calculer les vecteurs coordonnée par coordonnée, puis les normes dans un repère orthonormé pour l'isocélie, et utiliser les deux expressions du produit scalaire pour l'angle.
Pour le vecteur normal : vérifier l'orthogonalité à deux vecteurs non colinéaires du plan, en justifiant la non-colinéarité.
Déterminer avec un point du plan, et contrôler l'équation avec les autres sommets.
Représentation paramétrique de : point et vecteur directeur intersection avec le plan en reportant dans l'équation cartésienne.
Paramétrer avec , traduire la perpendicularité par un produit scalaire nul, et vérifier que est dans .
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.
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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Amérique du Nord, 19 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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