Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2022, Métropole : exercice 4
Dans l'espace rapporté à un repère orthonormé , on considère les points
On considère également la droite passant par les points D et E.
Vérifier que la droite admet pour représentation paramétrique:
Préciser une représentation paramétrique de la droite parallèle à et passant par l'origine O du repère.
Le point F appartient-il à la droite ?
Montrer que les points A, B et C définissent un plan.
Montrer que la droite est perpendiculaire au plan (ABC).
Montrer qu'une équation cartésienne du plan (ABC) est: .
Montrer que le point G(7 -4 4) appartient à la droite .
Déterminer les coordonnées du point H, projeté orthogonal du point G sur le plan (ABC).
En déduire que la distance du point G au plan (ABC) est égale à .
Montrer que le triangle ABC est rectangle en A.
Calculer le volume du tétraèdre ABCG.
On rappelle que le volume d'un tétraèdre est donné par la formule où est l'aire d'une base et la hauteur correspondant à cette base.
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Question 1. a)
On calcule le vecteur coordonnée par coordonnée :
Le vecteur est colinéaire à : c'est un vecteur directeur de .
Pour , la représentation donne , c'est-à-dire D. Pour , elle donne , c'est-à-dire E.
La représentation proposée est celle de la droite passant par D, de vecteur directeur , et passant par E : c'est bien une représentation paramétrique de .
Question 1. b)
La droite est parallèle à , donc elle a le même vecteur directeur . Elle passe par .
Une représentation paramétrique de est
Réponse : : , , , .
Question 1. c)
Si F appartenait à , il existerait un réel vérifiant les trois équations.
La première donne , donc .
La deuxième donne : elle est vérifiée.
La troisième donne : elle n'est pas vérifiée.
Donc F n'appartient pas à la droite .
Réponse : non.
Question 2. a)
On calcule :
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires : la deuxième coordonnée de est nulle alors que celle de ne l'est pas, et .
Donc les points A, B et C ne sont pas alignés : ils définissent un plan.
Question 2. b)
Le vecteur dirige . On calcule :
Le vecteur est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC). Donc est normal à ce plan, et la droite est perpendiculaire au plan (ABC).
Question 2. c)
Le vecteur étant normal à (ABC), ce plan admet une équation de la forme .
Le point A appartient au plan : , soit , donc .
Une équation cartésienne de (ABC) est donc .
Vérification avec les autres points :
B :
C : .
Donc le plan (ABC) a pour équation cartésienne .
Question 3. a)
Pour dans la représentation paramétrique de :
On retrouve les coordonnées de G. Donc G appartient à .
Question 3. b)
La droite passe par G et est perpendiculaire au plan (ABC). Donc le projeté orthogonal H de G sur (ABC) est le point d'intersection de et de (ABC).
Un point de a pour coordonnées . Il appartient à (ABC) si et seulement si
On développe :
Pour : , , .
Donc H.
Réponse : H.
Question 3. c)
La distance de G au plan (ABC) est la distance GH. On calcule
Donc la distance du point G au plan (ABC) est égale à .
Question 4. a)
On a et :
Les vecteurs et sont orthogonaux, donc le triangle ABC est rectangle en A.
Question 4. b)
On prend pour base le triangle ABC, rectangle en A. On calcule les longueurs des côtés de l'angle droit :
L'aire de la base est
La hauteur associée à cette base est la distance de G au plan (ABC), soit d'après la question 3. c).
D'après la formule du volume d'un tétraèdre :
Donc le volume du tétraèdre ABCG est unités de volume.
Réponse : .
Points clés attendus
Calculer les vecteurs coordonnée par coordonnée et justifier la non-colinéarité de et .
Montrer l'orthogonalité du vecteur directeur de avec deux vecteurs non colinéaires du plan pour conclure à la perpendicularité.
Déterminer l'équation cartésienne avec un point du plan et vérifier avec les autres.
Obtenir le projeté orthogonal comme intersection de la perpendiculaire et du plan, en résolvant l'équation en .
Citer la formule du volume avec la base et la hauteur correspondantes.
Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.
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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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Revoir le cours
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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Métropole, 8 septembre 2022 (jour 1)), 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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