Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2023, Centres étrangers 2 : exercice 4
Dans l'espace muni d'un repère orthonormé , on considère les points
A, B et C.
Démontrer que les points A, B et C définissent un plan que l'on notera .
Montrer que le vecteur est normal au plan .
Démontrer qu'une équation cartésienne du plan est .
On note la droite passant par le point F et orthogonale au plan .
Donner une représentation paramétrique de la droite .
On appelle E le point d'intersection de la droite et du plan .
Démontrer que le point E a pour coordonnées (2 0 1).
Déterminer la valeur exacte de la distance du point F au plan .
Déterminer les coordonnées du ou des point(s) de la droite dont la distance au plan est égale à la moitié de la distance du point F au plan .
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Question 1.
On calcule les coordonnées des vecteurs, coordonnée par coordonnée, avec , et :
Ces vecteurs ne sont pas colinéaires. En effet, si , la première coordonnée donnerait , donc , et la deuxième donnerait , ce qui est faux.
Donc les points A, B et C ne sont pas alignés : ils définissent un unique plan .
Question 2. a)
On calcule les produits scalaires de avec et , dans le repère orthonormé :
Le vecteur est orthogonal à et à , qui sont deux vecteurs non colinéaires du plan (question 1). Il est donc orthogonal à tout vecteur de .
Donc est un vecteur normal au plan .
Question 2. b)
Comme est normal à , ce plan admet une équation cartésienne de la forme
Le point appartient à , donc
Donc a pour équation .
Vérification avec les deux autres points :
pour :
pour : .
Réponse : .
Question 3.
La droite est orthogonale au plan , donc le vecteur normal est un vecteur directeur de . De plus, passe par .
Une représentation paramétrique de est donc
Question 4.
Le point est le point d'intersection de et de . On commence par vérifier que le point appartient aux deux.
Appartenance à . Pour :
Appartenance à .
Le point est donc commun à et à .
La droite n'est pas parallèle à , puisque son vecteur directeur est normal à (donc non orthogonal à lui-même, car ). Elle coupe donc en un seul point.
Donc ce point est : .
Question 5.
Le point appartient à , et la droite est orthogonale à . Donc est le projeté orthogonal de sur , et la distance de au plan est .
On a , donc, le repère étant orthonormé,
Vérification par la formule de la distance d'un point à un plan :
Donc la distance du point au plan est .
Réponse : .
Question 6.
Soit le point de de paramètre . Ses coordonnées sont . On a
Le point appartient à et est colinéaire au vecteur normal . Donc est le projeté orthogonal de sur , et
On cherche les points tels que :
On reporte dans la représentation paramétrique :
pour : , ,
pour : , , .
Donc il y a exactement deux points de dont la distance à est la moitié de celle de : et .
Réponse : et .
Points clés attendus
Justifier la non-colinéarité de et avant de parler de plan.
Vecteur normal : produit scalaire nul avec deux vecteurs non colinéaires du plan.
Équation du plan : déterminer avec un point, puis vérifier avec les autres.
Vérifier que E appartient à la fois à et à , et justifier qu'il est l'unique point d'intersection.
Question 6 : ne pas oublier le second point (deux valeurs de , car ).
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
Revoir le cours
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Centres étrangers 2, 21 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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