Terminale Spé Maths / Chapitre 10 : Vecteurs, droites et plans de l'espace / Annales du bac
Bac 2023, Amérique du Nord : exercice 3
Cet exercice est un questionnaire à choix multiple.
Pour chaque question, une seule des quatre réponses proposées est exacte. Le candidat indiquera sur sa copie le numéro de la question et la réponse choisie. Aucune justification n'est demandée.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou l'absence de réponse à une question ne rapporte ni n'enlève de point.
Les cinq questions sont indépendantes.
L'espace est muni d'un repère orthonormé .
On considère les points A, B, C et D.
On admet que les points A, B et C ne sont pas alignés.
ABC est un triangle :
a. isocèle rectangle en A b. isocèle rectangle en B c. isocèle rectangle en C d. équilatéral Une équation cartésienne du plan (BCD) est :
a. b. c. d. On admet que le plan (ABC) a pour équation cartésienne .
On appelle H le projeté orthogonal du point D sur le plan (ABC).
On peut affirmer que :
a. H b. H c. H d. H Soit la droite de représentation paramétrique , avec réel.
Les droites (BC) et sont :
a. confondues b. strictement parallèles c. sécantes d. non coplanaires On considère le plan d'équation cartésienne .
On admet que le plan (ABC) a pour équation cartésienne .
On peut affirmer que :
a. les plans et (ABC) sont strictement parallèles b. les plans et (ABC) sont sécants et leur intersection est la droite (AB) c. les plans et (ABC) sont sécants et leur intersection est la droite (AC) d. les plans et (ABC) sont sécants et leur intersection est la droite (BC)
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Question 1. Réponse a.
On calcule les coordonnées des vecteurs, coordonnée par coordonnée, avec A, B et C :
Le repère est orthonormé, donc on peut calculer les longueurs :
Produit scalaire :
Les vecteurs et sont orthogonaux : le triangle est rectangle en A. De plus : il est isocèle en A.
Les trois côtés n'ont pas la même longueur () : le triangle n'est pas équilatéral. Il n'est pas rectangle en B ni en C, puisqu'il est rectangle en A.
Donc le triangle ABC est isocèle rectangle en A.
Réponse : a.
Question 2. Réponse c.
On vérifie que les coordonnées des points B, C et D satisfont l'équation :
Les points B, C et D appartiennent donc au plan d'équation .
Ces points ne sont pas alignés : et ne sont pas colinéaires (la première coordonnée de est nulle, pas celle de , alors que ). Ils définissent donc un unique plan, qui est le plan (BCD).
Les autres équations ne conviennent pas :
a. : pour D,
b. : pour C,
d. : pour B, .
Donc une équation cartésienne de (BCD) est .
Réponse : c.
Question 3. Réponse b.
Le plan (ABC) a pour équation , donc le vecteur est un vecteur normal à (ABC).
Le projeté orthogonal H de D sur (ABC) appartient à la droite passant par D et de vecteur directeur , dont une représentation paramétrique est
Il appartient aussi au plan (ABC) : ses coordonnées vérifient l'équation du plan, donc
En remplaçant par : , , .
Donc H.
Vérification : , donc H appartient bien à (ABC).
Réponse : b.
Question 4. Réponse d.
Un vecteur directeur de (BC) est , donc aussi . Un vecteur directeur de est .
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires (la première coordonnée de est nulle, pas celle de ). Les droites ne sont donc ni parallèles, ni confondues.
Étudions leur intersection. Une représentation paramétrique de (BC) est , , (). Un point commun correspond à et vérifiant
La première équation donne . La deuxième donne , donc . La troisième devient alors , soit , ce qui est faux.
Le système n'a pas de solution : les droites ne sont pas sécantes.
Deux droites ni parallèles ni sécantes sont non coplanaires.
Donc les droites (BC) et sont non coplanaires.
Réponse : d.
Question 5. Réponse b.
Un vecteur normal à est et un vecteur normal à (ABC) est .
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires (le rapport des premières coordonnées est , celui des deuxièmes est ). Les plans ne sont donc pas parallèles : ils sont sécants, et la proposition a. est fausse.
On teste l'appartenance des points A, B et C au plan d'équation :
Les points A et B appartiennent à et à (ABC). Deux plans sécants se coupent selon une droite, et cette droite passe par A et B : c'est la droite (AB).
Le point C n'appartient pas à , donc l'intersection n'est ni (AC) ni (BC) : les propositions c. et d. sont fausses.
Donc les plans et (ABC) sont sécants et leur intersection est la droite (AB).
Réponse : b.
Points clés attendus
Calculer les coordonnées des vecteurs et utiliser le produit scalaire nul pour l'orthogonalité, avec les longueurs pour le caractère isocèle.
Pour une équation de plan, vérifier que les trois points la satisfont et qu'ils ne sont pas alignés.
Pour le projeté orthogonal, écrire la droite perpendiculaire au plan passant par D et résoudre l'équation en .
Pour deux droites, étudier d'abord la colinéarité des vecteurs directeurs, puis le système d'intersection.
Pour deux plans, comparer les vecteurs normaux puis tester l'appartenance de points.
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 2023 (Amérique du Nord, 27 mars 2023 (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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