Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2022, Nouvelle-Calédonie : exercice 3
Principaux domaines abordés : géométrie dans l'espace
Une maison est modélisée par un parallélépipède rectangle ABCDEFGH surmonté d'une pyramide EFGHS.
On a DC , DA = DH .
Soit les points I, J et K tels que
.
On note .
On se place dans le repère orthonormé .
On admet que le point S a pour coordonnées (3 2 6).

Donner, sans justifier, les coordonnées des points B, E, F et G.
Démontrer que le volume de la pyramide EFGHS représente le septième du volume total de la maison.
On rappelle que le volume d'un tétraèdre est donné par la formule :
Démontrer que le vecteur de coordonnées est normal au plan (EFS).
En déduire qu'une équation cartésienne du plan (EFS) est .
On installe une antenne sur le toit, représentée par le segment [PQ]. On dispose des données suivantes:
le point P appartient au plan (EFS)
le point Q a pour coordonnées (2 3 5,5)
la droite (PQ) est dirigée par le vecteur .
Justifier qu'une représentation paramétrique de la droite (PQ) est :
En déduire les coordonnées du point P.
En déduire la longueur PQ de l'antenne.
Un oiseau vole en suivant une trajectoire modélisée par la droite dont une représentation paramétrique est :
Déterminer la position relative des droites (PQ) et .
L'oiseau va-t-il percuter l'antenne représentée par le segment [PQ] ?
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Le repère est orthonormé, avec , , et :
On en déduit , et , donc :
Question 1.
Le point est tel que est un rectangle, donc : .
Les points , , se déduisent de , , par la translation de vecteur , de coordonnées .
Donc :
Réponse : , , , .
Question 2.
Volume de la pyramide. Sa base est un rectangle de côtés :
Le plan est le plan d'équation (les points , , , ont tous pour cote ).
Le point a pour cote . Le repère étant orthonormé, la distance de à ce plan, c'est-à-dire la hauteur de la pyramide, est :
D'après la formule :
Volume du parallélépipède. Il a pour dimensions , , :
Volume total.
Or , donc :
Donc le volume de la pyramide est bien le septième du volume total de la maison.
Question 3. a)
On calcule les coordonnées de deux vecteurs du plan :
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires : la deuxième coordonnée de est nulle alors que celle de ne l'est pas, donc il n'existe pas de réel tel que .
Les points , , ne sont donc pas alignés et définissent bien un plan, dirigé par et .
On calcule les produits scalaires avec :
Le vecteur est non nul et orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan .
Donc est un vecteur normal au plan .
Question 3. b)
Le vecteur étant normal au plan , ce plan admet une équation cartésienne de la forme :
Le point appartient au plan, donc :
Vérification avec les autres points : pour , pour , .
Donc une équation cartésienne du plan est .
Question 4. a)
La droite passe par et a pour vecteur directeur .
Un point appartient à si et seulement s'il existe un réel tel que , c'est-à-dire :
Donc une représentation paramétrique de est :
Question 4. b)
Le point appartient à la droite et au plan .
Ses coordonnées sont donc de la forme et vérifient :
On obtient , c'est-à-dire .
Alors .
Donc .
Réponse : .
Question 4. c)
On a .
Le repère étant orthonormé :
Donc l'antenne mesure unité de longueur.
Réponse : .
Question 5.
Les droites sont-elles parallèles ? Le vecteur dirige et dirige .
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires (les deux premières coordonnées de sont nulles, pas celles de ), donc les droites et ne sont pas parallèles.
Ont-elles un point commun ? Un point commun correspond à des réels et vérifiant :
La première équation donne , donc .
La deuxième équation donne , donc : elle est compatible avec la première.
La troisième équation donne alors .
Le système admet donc une unique solution .
Les droites et sont sécantes au point de coordonnées .
Le point est-il sur l'antenne ? Sur , le point correspond à et le point à , donc le segment correspond à .
Le point correspond à , qui n'appartient pas à (sa cote est , alors que celles des points de sont comprises entre et ).
Donc .
Les droites et sont sécantes en , mais ce point n'appartient pas au segment : l'oiseau ne percute pas l'antenne.
Réponse : droites sécantes en l'oiseau ne percute pas l'antenne.
Points clés attendus
Coordonnées des sommets déduites du repère (unités , ) et hauteur de la pyramide justifiée (cote de moins cote du plan ).
Vecteur normal : deux vecteurs non colinéaires du plan, produits scalaires nuls équation obtenue en utilisant un point du plan.
Intersection de et du plan par substitution de la représentation paramétrique dans l'équation cartésienne.
Position relative de deux droites : non-colinéarité des vecteurs directeurs, puis résolution du système.
Conclusion sur le segment : comparer le paramètre du point d'intersection à l'intervalle des paramètres de .
Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.
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Revoir le cours
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- Chapitre 10 : Vecteurs, droites et plans de l'espace : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Nouvelle-Calédonie, 27 octobre 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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