Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2023, Métropole : exercice 2
L'espace est rapporté à un repère orthonormé .
On considère les points
A, B, C et D.
On note la droite de représentation paramétrique
Montrer que les points A, B et C définissent un plan que l'on notera .
Montrer que la droite (CD) est orthogonale au plan .
Sur le plan , que représente le point C par rapport à D ?
Montrer qu'une équation cartésienne du plan est: .
Calculer la distance CD.
Existe-t-il un point M du plan différent de C vérifiant MD ? Justifier la réponse.
Montrer que la droite est incluse dans le plan .
Soit H le projeté orthogonal du point D sur la droite .
Montrer que H est le point de associé à la valeur dans la représentation paramétrique de donnée ci-dessus.
En déduire la distance du point D à la droite .
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Question 1. a)
Calculons deux vecteurs d'origine A, coordonnée par coordonnée.
Montrons que ces vecteurs ne sont pas colinéaires. Supposons qu'il existe un réel tel que . La troisième coordonnée donne , donc , ce qui impose : c'est faux, car la première coordonnée de vaut .
Donc et ne sont pas colinéaires.
Donc les points A, B et C ne sont pas alignés : ils définissent un plan, noté .
Question 1. b)
Calculons le vecteur :
Calculons ses produits scalaires avec et :
Le vecteur est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan , c'est-à-dire à deux vecteurs directeurs de . Il est donc orthogonal à tout vecteur de .
Donc la droite (CD) est orthogonale au plan .
Le point C appartient à , et la droite (CD), qui passe par D, est orthogonale à en C.
Donc C est le projeté orthogonal du point D sur le plan .
Réponse : C est le projeté orthogonal de D sur .
Question 1. c)
D'après la question 1. b), le vecteur est orthogonal au plan : c'est un vecteur normal à .
Donc le plan admet une équation cartésienne de la forme
Le point C appartient à , donc ses coordonnées vérifient l'équation :
Vérifions avec les points A et B :
Donc une équation cartésienne du plan est .
Réponse : .
Question 2. a)
Le repère est orthonormé, donc
Donc .
Réponse : .
Question 2. b)
La réponse est non. Soit M un point de différent de C.
Le vecteur est un vecteur du plan (C et M sont dans ), donc il est orthogonal à d'après la question 1. b). Le triangle CMD est donc rectangle en C.
D'après le théorème de Pythagore dans ce triangle :
Comme M est distinct de C, on a , donc et .
Donc : aucun point M de distinct de C ne vérifie . Le point C est le point de le plus proche de D.
Réponse : non.
Question 3. a)
Un point de a pour coordonnées avec .
Remplaçons dans l'équation de :
Cette égalité est vraie pour tout réel , donc tout point de appartient à .
Donc la droite est incluse dans le plan .
Question 3. b)
Un vecteur directeur de est , lu sur les coefficients de .
Le projeté orthogonal H de D sur est l'unique point de tel que .
Soit H un point de . Avec D :
Alors
Donc
Pour , on obtient H.
Donc H est bien le point de associé à .
Question 3. c)
La distance du point D à la droite est la distance DH, où H est le projeté orthogonal de D sur .
Pour , on a , donc
Donc la distance du point D à la droite est .
Réponse : .
Points clés attendus
Question 1. a) : justifier la non-colinéarité de deux vecteurs, et pas seulement calculer leurs coordonnées.
Question 1. b) : un vecteur orthogonal à deux vecteurs non colinéaires d'un plan est normal à ce plan.
Question 1. c) : utiliser le vecteur normal pour écrire l'équation, déterminer avec C, et vérifier avec A et B.
Question 2. b) : reconnaître un triangle rectangle en C et citer le théorème de Pythagore.
Question 3. b) : caractériser le projeté orthogonal par avec H sur .
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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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Métropole, 11 septembre 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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