Terminale Spé Maths / Chapitre 10 : Vecteurs, droites et plans de l'espace / Annales du bac
Bac 2023, Polynésie : exercice 2
L'espace est muni d'un repère orthonormé .
On considère :
le point A
le plan , d'équation :
le plan d'équation :
la droite de représentation paramétrique :
Justifier que les plans et ne sont pas parallèles.
Démontrer que est la droite d'intersection de et .
Vérifier que A n'appartient pas à .
Justifier que A n'appartient pas à .
Pour tout réel , on note le point de de coordonnées .
On considère alors la fonction qui à tout réel associe A, soit .
Démontrer que pour tout réel , on a: .
Démontrer que la distance AM est minimale lorsque a pour coordonnées .
On note H le point de coordonnées .
Démontrer que la droite (AH) est perpendiculaire à .
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Question 1. Un vecteur normal à est et un vecteur normal à est , d'après les coefficients de leurs équations cartésiennes.
Deux plans sont parallèles si et seulement si leurs vecteurs normaux sont colinéaires. On compare les coordonnées :
Les rapports ne sont pas égaux, donc il n'existe aucun réel tel que : les vecteurs et ne sont pas colinéaires.
Donc les plans et ne sont pas parallèles.
Question 2. Les plans et ne sont pas parallèles : ils sont donc sécants, et leur intersection est une droite.
Soit un point quelconque de , avec . On remplace ses coordonnées dans l'équation de :
Puis dans l'équation de :
Donc tout point de appartient à et à : la droite est contenue dans l'intersection .
Or cette intersection est une droite, et est une droite contenue dans cette droite : elles sont égales.
Donc est la droite d'intersection des plans et .
Question 3.
a) On remplace les coordonnées de dans le membre de gauche de l'équation de :
Or . Donc le point n'appartient pas à .
b) D'après la question 2, la droite est contenue dans : tout point de appartient à .
D'après la question précédente, .
Donc le point n'appartient pas à la droite .
Question 4.
a) Pour tout réel , on calcule les coordonnées du vecteur :
Le repère est orthonormé, donc
Donc, pour tout réel , .
b) La fonction est un polynôme, donc dérivable sur , et pour tout réel :
On étudie le signe de :
pour , : est strictement décroissante sur
pour , : est strictement croissante sur .
Donc admet un minimum en , et
(On retrouve ce résultat avec la forme canonique : , avec égalité si et seulement si .)
Pour tout , , et la fonction racine carrée est strictement croissante sur . Donc et sont minimales pour la même valeur de , c'est-à-dire .
Pour , le point a pour coordonnées .
Donc la distance est minimale lorsque a pour coordonnées , et ce minimum vaut .
Réponse : minimum de égal à , atteint en , c'est-à-dire en .
Question 5. Le point correspond à la valeur du paramètre : il appartient à la droite .
Un vecteur directeur de se lit sur les coefficients de dans la représentation paramétrique : .
On calcule les coordonnées de :
Le repère est orthonormé, donc le produit scalaire se calcule avec les coordonnées :
Les vecteurs et sont donc orthogonaux : les droites et sont orthogonales.
De plus, appartient à et à : ces deux droites sont sécantes en .
Donc la droite est perpendiculaire à .
Points clés attendus
Justifier le non-parallélisme des plans par la non-colinéarité des vecteurs normaux, en comparant explicitement les coordonnées.
Pour l'intersection : vérifier que les coordonnées du point courant de satisfont les deux équations, puis conclure à l'égalité des droites.
Utiliser pour justifier que .
Développer correctement et justifier que le minimum de est atteint au même que celui de .
Pour la perpendicularité : produit scalaire nul et point commun (orthogonales et sécantes).
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 (Polynésie, 14 mars 2023 (jour 2)), 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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