+ qu'un profMon espace

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

Bac 2025, Asie : exercice 1

11 juin 2025 · jour 1 · 5 points Vrai / Faux

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

On considère :

  • α\alpha un réel quelconque

  • les points A(1   1   0), B(2   1   0) et C(α  ;  3  ;  α)(\alpha\;;\;3\;;\;\alpha)

  • (d)(d) la droite dont une représentation paramétrique est :

    {x=1+ty=112tz=1−t,t∈R\left\{ \begin{array}{l} x = 1 + t\\ y = \phantom{11} 2t\\ z = \phantom{1}- t \end{array} \right., \quad t \in \mathbb{R}

Pour chacune des affirmations suivantes, préciser si elle est vraie ou fausse, puis justifier la réponse donnée. Une réponse non argumentée ne sera pas prise en compte.

Affirmation 1 : Pour toutes les valeurs de α\alpha, les points AA, BB et CC définissent un plan et un vecteur normal à ce plan est ȷ→(010)\overrightarrow{\jmath}\begin{pmatrix}0\\1\\0\end{pmatrix}.

Affirmation 2 : Il existe exactement une valeur de α\alpha telle que les droites (AC)(AC) et (d)(d) soient parallèles.

Affirmation 3 : Une mesure de l'angle OAB^\widehat{\text{OAB}} est 135∘135^\circ.

Affirmation 4 : Le projeté orthogonal du point AA sur la droite (d)(d) est le point H(1   2   2).

Affirmation 5 : La sphère de centre O et de rayon 1 rencontre la droite (d)(d) en deux points distincts.

On rappelle que la sphère de centre Ω\Omega et de rayon rr est l'ensemble des points de l'espace situés à une distance rr de Ω\Omega.

Voir le corrigé

Le repère est orthonormé.

On calcule d'abord, coordonnée par coordonnée :

AB→(2−11−10−0)=(100)etAC→(α−13−1α−0)=(α−12α).\overrightarrow{AB}\begin{pmatrix}2-1\\1-1\\0-0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}\qquad\text{et}\qquad\overrightarrow{AC}\begin{pmatrix}\alpha-1\\3-1\\\alpha-0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\alpha-1\\2\\\alpha\end{pmatrix}.

La droite (d)(d) admet pour vecteur directeur v⃗(12−1)\vec{v}\begin{pmatrix}1\\2\\-1\end{pmatrix} (coefficients de tt dans la représentation paramétrique).

Affirmation 1. Fausse.

Les points AA, BB, CC définissent un plan s'ils ne sont pas alignés, c'est-à-dire si AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} ne sont pas colinéaires. Or AB→\overrightarrow{AB} a une deuxième coordonnée nulle et celle de AC→\overrightarrow{AC} vaut 2≠02\neq0 : les deux vecteurs ne sont jamais colinéaires, quelle que soit la valeur de α\alpha. Cette première partie de l'affirmation est vraie.

Un vecteur est normal au plan (ABC)(ABC) s'il est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires de ce plan. On calcule

ȷ⃗⋅AC→=0×(α−1)+1×2+0×α=2≠0.\vec{\jmath}\cdot\overrightarrow{AC}=0\times(\alpha-1)+1\times2+0\times\alpha=2\neq0.

Le vecteur ȷ⃗\vec{\jmath} n'est pas orthogonal à AC→\overrightarrow{AC} : il n'est donc normal au plan (ABC)(ABC) pour aucune valeur de α\alpha.

Donc l'affirmation est fausse.

Affirmation 2. Fausse.

Les droites (AC)(AC) et (d)(d) sont parallèles si et seulement si AC→\overrightarrow{AC} et v⃗\vec{v} sont colinéaires, c'est-à-dire s'il existe un réel kk tel que AC→=kv⃗\overrightarrow{AC}=k\vec{v} :

{α−1=k2=2kα=−k\begin{cases}\alpha-1=k\\2=2k\\\alpha=-k\end{cases}

La deuxième équation donne k=1k=1.

La première équation donne alors α=2\alpha=2, et la troisième donne α=−1\alpha=-1 : contradiction.

Le système n'a pas de solution, donc il n'existe aucune valeur de α\alpha pour laquelle (AC)(AC) et (d)(d) sont parallèles.

Donc l'affirmation est fausse (il n'existe pas « exactement une » valeur, il n'en existe aucune).

Affirmation 3. Vraie.

On a AO→(−1−10)\overrightarrow{AO}\begin{pmatrix}-1\\-1\\0\end{pmatrix} et AB→(100)\overrightarrow{AB}\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}.

Les normes sont AO=(−1)2+(−1)2+02=2AO=\sqrt{(-1)^2+(-1)^2+0^2}=\sqrt2 et AB=1AB=1.

Le produit scalaire est AO→⋅AB→=(−1)×1+(−1)×0+0×0=−1\overrightarrow{AO}\cdot\overrightarrow{AB}=(-1)\times1+(-1)\times0+0\times0=-1.

Comme le repère est orthonormé :

cos⁡OAB^=AO→⋅AB→AO×AB=−12×1=−22.\cos\widehat{OAB}=\dfrac{\overrightarrow{AO}\cdot\overrightarrow{AB}}{AO\times AB}=\dfrac{-1}{\sqrt2\times1}=-\dfrac{\sqrt2}{2}.

L'angle géométrique OAB^\widehat{OAB} appartient à [0 ;180][0\,;180] degrés et son cosinus vaut −22-\dfrac{\sqrt2}{2}, donc OAB^=135∘\widehat{OAB}=135^\circ.

Donc l'affirmation est vraie.

Affirmation 4. Fausse.

Le projeté orthogonal de AA sur (d)(d) appartient à (d)(d). Cherchons si H(1 ;2 ;2)H(1\,;2\,;2) est sur (d)(d) : l'égalité y=2ty=2t donne 2=2t2=2t, soit t=1t=1, mais alors x=1+1=2≠1x=1+1=2\neq1.

Donc H∉(d)H\notin(d) : HH ne peut pas être le projeté orthogonal de AA sur (d)(d).

Pour information, le projeté est le point M(t) (1+t ;2t ;−t)M(t)\,(1+t\,;2t\,;-t) tel que AM→⋅v⃗=0\overrightarrow{AM}\cdot\vec{v}=0. On a AM→(t2t−1−t)\overrightarrow{AM}\begin{pmatrix}t\\2t-1\\-t\end{pmatrix}, d'où

AM→⋅v⃗=t+2(2t−1)+t=6t−2,\begin{aligned} \overrightarrow{AM}\cdot\vec{v}&=t+2(2t-1)+t\\ &=6t-2, \end{aligned}
qui s'annule pour t=13t=\dfrac13. Le projeté orthogonal est donc (43 ;23 ;−13)\left(\dfrac43\,;\dfrac23\,;-\dfrac13\right).

Donc l'affirmation est fausse.

Affirmation 5. Vraie.

Un point M(1+t ;2t ;−t)M(1+t\,;2t\,;-t) de (d)(d) appartient à la sphère de centre OO et de rayon 11 si et seulement si OM2=1OM^2=1 :

(1+t)2+(2t)2+(−t)2=1  ⟺  1+2t+t2+4t2+t2=1  ⟺  6t2+2t=0  ⟺  2t(3t+1)=0  ⟺  t=0  ou  t=−13.\begin{aligned} (1+t)^2+(2t)^2+(-t)^2=1&\iff1+2t+t^2+4t^2+t^2=1\\ &\iff6t^2+2t=0\\ &\iff2t(3t+1)=0\\ &\iff t=0\ \text{ ou }\ t=-\dfrac13. \end{aligned}

Les deux valeurs de tt sont distinctes et correspondent à des points distincts de (d)(d) :

  • pour t=0t=0 : le point (1 ;0 ;0)(1\,;0\,;0)

  • pour t=−13t=-\dfrac13 : le point (23 ;−23 ;13)\left(\dfrac23\,;-\dfrac23\,;\dfrac13\right).

Donc l'affirmation est vraie : la sphère rencontre (d)(d) en deux points distincts.

Points clés attendus

  • Affirmation 1 : distinguer l'existence du plan (non colinéarité) de la normalité du vecteur proposé (produit scalaire avec un vecteur du plan).

  • Parallélisme de droites : colinéarité de vecteurs directeurs et système sans solution.

  • Angle : formule du cosinus avec produit scalaire et normes, en précisant que le repère est orthonormé.

  • Projeté orthogonal : le point doit appartenir à la droite, puis vérifier l'orthogonalité.

  • Intersection droite/sphère : écrire OM2=1OM^2=1 en fonction de tt et résoudre l'équation du second degré obtenue.

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 2 · 5 points · Sommes de variables aléatoires et concentration · Succession d'épreuves et loi binomiale
  • Exercice 3 · 5 points · Suites
  • Exercice 4 · 5 points · Dérivation et convexité · Limites de fonctions · Continuité et TVI

Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Asie, 11 juin 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.

Un doute sur un exercice ou sur ta méthode de rédaction ? On en parle ensemble, sans engagement.

Réserver un appel découverte