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Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac

Bac 2025, Amérique du Nord : exercice 3

21 mai 2025 · jour 1 · 4 points Vrai / Faux

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse. Chaque réponse doit être justifiée. Une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

L'espace est rapporté à un repère orthonormé (O ; ı⃗, ȷ⃗, k⃗)\left(\mathrm{O}\,;\,\vec{\imath},\,\vec{\jmath},\,\vec{k}\right).

On considère la droite (d)(d) dont une représentation paramétrique est :

{x=−3−2ty=−1z=−2−6t, ouˋ t∈R\left\{\begin{array}{l c l} x&=&\phantom{-}3 - 2 t \\ y&=&-1 \\ z&=&\phantom{-}2 - 6 t \end{array} \quad, \text { où } t \in \mathbb{R}\right.

On considère également les points suivants :

  • A(3  ;  −3  ;  −2)(3\;;\;-3\;;\;-2)

  • B(5  ;  −4  ;  −1)(5\;;\;-4\;;\;-1)

  • C le point de la droite (d)(d) d'abscisse 2

  • H le projeté orthogonal du point B sur le plan P\mathcal{P} d'équation x+3z−7=0x + 3z -7 = 0

Affirmation 1

La droite (d)(d) et l'axe des ordonnées sont deux droites non coplanaires.

Affirmation 2

Le plan passant par AA et orthogonal à la droite (d)(d) a pour équation cartésienne :

x+3z+3=0x + 3z + 3= 0

Affirmation 3

Une mesure, exprimée en radian, de l'angle géométrique BAC^\widehat{\mathrm{BAC}} est π6\dfrac{\pi}{6}.

Affirmation 4

La distance BH est égale à 102\dfrac{\sqrt{10}}{2}.

Voir le corrigé

Affirmation 1. Vraie.

La droite (d)(d) passe par le point D(3 ;−1 ;2)D(3\,;-1\,;2) (valeurs obtenues pour t=0t=0) et admet pour vecteur directeur u⃗ (−2 ;0 ;−6)\vec{u}\,(-2\,;0\,;-6), colinéaire à v⃗ (1 ;0 ;3)\vec{v}\,(1\,;0\,;3).

L'axe des ordonnées passe par l'origine OO et admet pour vecteur directeur j⃗ (0 ;1 ;0)\vec{j}\,(0\,;1\,;0).

Les droites ne sont pas parallèles. Si u⃗\vec{u} et j⃗\vec{j} étaient colinéaires, il existerait un réel kk tel que u⃗=kj⃗\vec{u}=k\vec{j}, ce qui imposerait −2=k×0=0-2=k\times 0=0, ce qui est absurde. Les vecteurs u⃗\vec{u} et j⃗\vec{j} ne sont pas colinéaires.

Les droites ne sont pas sécantes. Un point de l'axe des ordonnées a pour coordonnées (0 ;y ;0)(0\,;y\,;0). Un point de (d)(d) de coordonnées (3−2t ;−1 ;2−6t)(3-2t\,;-1\,;2-6t) appartient à l'axe des ordonnées si et seulement si

3−2t=0et2−6t=0.3-2t=0\quad\text{et}\quad 2-6t=0.

La première équation donne t=32t=\dfrac32. Avec cette valeur, 2−6t=2−9=−7≠02-6t=2-9=-7\neq 0. Le système n'a pas de solution : les deux droites n'ont aucun point commun.

Deux droites de l'espace qui ne sont ni parallèles ni sécantes ne sont pas coplanaires (deux droites coplanaires sont soit parallèles, soit sécantes).

Donc l'affirmation 1 est vraie : (d)(d) et l'axe des ordonnées sont non coplanaires.

Affirmation 2. Vraie.

Le plan cherché est orthogonal à la droite (d)(d) : un vecteur directeur de (d)(d) en est donc un vecteur normal. On peut prendre u⃗ (−2 ;0 ;−6)\vec{u}\,(-2\,;0\,;-6), ou le vecteur colinéaire n⃗ (1 ;0 ;3)\vec{n}\,(1\,;0\,;3).

Une équation cartésienne du plan est donc de la forme

x+0×y+3z+d=0,soitx+3z+d=0.x+0\times y+3z+d=0,\quad\text{soit}\quad x+3z+d=0.

Le point A(3 ;−3 ;−2)A(3\,;-3\,;-2) appartient au plan, donc ses coordonnées vérifient l'équation :

3+3×(−2)+d=0  ⟺  3−6+d=0  ⟺  d=3.3+3\times(-2)+d=0\iff 3-6+d=0\iff d=3.

Le plan passant par AA et orthogonal à (d)(d) a donc pour équation x+3z+3=0x+3z+3=0.

Vérification : 3+3×(−2)+3=03+3\times(-2)+3=0.

Donc l'affirmation 2 est vraie.

Affirmation 3. Fausse.

Le point CC appartient à (d)(d) et a pour abscisse 22 : on résout 3−2t=23-2t=2, soit t=12t=\dfrac12. Alors

y=−1,z=2−6×12=−1,y=-1,\qquad z=2-6\times\dfrac12=-1,
donc C(2 ;−1 ;−1)C(2\,;-1\,;-1).

On calcule les coordonnées des vecteurs, avec A(3 ;−3 ;−2)A(3\,;-3\,;-2), B(5 ;−4 ;−1)B(5\,;-4\,;-1) et C(2 ;−1 ;−1)C(2\,;-1\,;-1) :

AB→ (5−3 ; −4+3 ; −1+2)=(2 ;−1 ;1),AC→ (2−3 ; −1+3 ; −1+2)=(−1 ;2 ;1).\overrightarrow{AB}\,(5-3\,;\,-4+3\,;\,-1+2)=(2\,;-1\,;1),\qquad \overrightarrow{AC}\,(2-3\,;\,-1+3\,;\,-1+2)=(-1\,;2\,;1).

Produit scalaire :

AB→⋅AC→=2×(−1)+(−1)×2+1×1=−2−2+1=−3.\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}=2\times(-1)+(-1)\times 2+1\times 1=-2-2+1=-3.

Normes :

AB=22+(−1)2+12=6,AC=(−1)2+22+12=6.AB=\sqrt{2^2+(-1)^2+1^2}=\sqrt6,\qquad AC=\sqrt{(-1)^2+2^2+1^2}=\sqrt6.

On utilise AB→⋅AC→=AB×AC×cos⁡BAC^\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}=AB\times AC\times\cos\widehat{BAC} :

cos⁡BAC^=−36×6=−36=−12.\cos\widehat{BAC}=\dfrac{-3}{\sqrt6\times\sqrt6}=\dfrac{-3}{6}=-\dfrac12.

L'angle géométrique BAC^\widehat{BAC} appartient à [0 ;π][0\,;\pi], et le seul angle de cet intervalle de cosinus −12-\dfrac12 est 2π3\dfrac{2\pi}{3}.

Or 2π3≠π6\dfrac{2\pi}{3}\neq\dfrac{\pi}{6} (on a d'ailleurs cos⁡π6=32>0\cos\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{\sqrt3}{2}>0).

Donc l'affirmation 3 est fausse : une mesure de l'angle BAC^\widehat{BAC} est 2π3\dfrac{2\pi}{3}.

Affirmation 4. Vraie.

Le point HH est le projeté orthogonal de BB sur le plan P\mathcal{P} d'équation x+3z−7=0x+3z-7=0, donc BHBH est la distance de BB au plan P\mathcal{P}.

Le plan P\mathcal{P} admet pour vecteur normal n⃗ (1 ;0 ;3)\vec{n}\,(1\,;0\,;3) et la distance d'un point B(xB ;yB ;zB)B(x_B\,;y_B\,;z_B) au plan d'équation ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0 est

∣axB+byB+czB+d∣a2+b2+c2.\dfrac{|ax_B+by_B+cz_B+d|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}.

Avec B(5 ;−4 ;−1)B(5\,;-4\,;-1) :

BH=∣5+3×(−1)−7∣12+02+32=∣−5∣10=510=51010=102.BH=\dfrac{|5+3\times(-1)-7|}{\sqrt{1^2+0^2+3^2}}=\dfrac{|-5|}{\sqrt{10}}=\dfrac{5}{\sqrt{10}}=\dfrac{5\sqrt{10}}{10}=\dfrac{\sqrt{10}}{2}.

Donc l'affirmation 4 est vraie.

Points clés attendus

  • Pour des droites non coplanaires, montrer à la fois la non-colinéarité des vecteurs directeurs et l'absence de point commun (système sans solution).

  • Un vecteur directeur de (d)(d) est normal à un plan orthogonal à (d)(d)   vérifier que AA satisfait l'équation obtenue.

  • Pour l'angle, déterminer CC, calculer le produit scalaire et les normes, puis conclure par la valeur du cosinus sur [0 ;π][0\,;\pi].

  • Citer la formule de distance d'un point à un plan et conclure sur chaque affirmation (vrai ou faux) par une phrase.

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

  • Exercice 1 · 6 points · Succession d'épreuves et loi binomiale
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  • Exercice 4 · 5 points · Primitives et équations différentielles · Dérivation et convexité · Calcul intégral

Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Amérique du Nord, 21 mai 2025 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès et François Hache) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.

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