Terminale Spé Maths / Chapitre 11 : Orthogonalité et distances dans l'espace / Annales du bac
Bac 2026, Amérique du Nord : exercice 3
Dans cet exercice l'unité est le centimètre.
On considère une pyramide à base carrée SABCD comme dans la figure ci-dessous.

Dans cette figure :
AB = BC = CD = DA = OS = 2 cm
I est le milieu de [CD], J le milieu de [BC] et K le milieu de [OS].
L'espace est muni du repère orthonormé .
On admet que B, C, et S.
Les parties A et B sont indépendantes.
Donner les coordonnées des points A et D.
Calculer le produit scalaire .
En déduire la mesure de l'angle arrondie au dixième de degré près.
On se propose dans cette partie de déterminer la distance du point O au plan (SBC).
Soit le vecteur de coordonnées .
Justifier que le vecteur est normal au plan (SBC).
En déduire qu'une équation cartésienne du plan (SBC) est .
On note H le projeté orthogonal du point O sur le plan (SBC).
a. Justifier qu'une représentation paramétrique de la droite (OH) est :
Calculer les coordonnées du point H.
En déduire que la distance du point O au plan (SBC) est égale à cm.
On se propose ici de retrouver le résultat de la partie B par une autre méthode.
On rappelle que le volume d'une pyramide est donné par :
Calculer le volume de la pyramide SABCD.
En déduire que le volume de la pyramide OCBS est égal à cm3.
Déterminer l'aire du triangle SBC.
Déduire des questions précédentes que la distance du point O au plan (SBC) est égale à cm.
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Partie A
Question 1. La base ABCD est un carré de centre O, de côté cm. Le repère est tel que I et J, avec C et B.
Les diagonales d'un carré se coupent en leur milieu, qui est O. Donc O est le milieu de [AC] et de [BD], c'est-à-dire
Donc A et D.
Réponse : A et D.
Question 2. On a S, C et B.
Calculons les coordonnées des vecteurs :
Le repère est orthonormé : le produit scalaire se calcule avec les coordonnées.
Donc .
Réponse : .
Question 3. Calculons les normes dans le repère orthonormé :
On utilise l'expression du produit scalaire avec le cosinus :
D'où
L'angle est compris entre et , donc .
Donc la mesure de l'angle est environ , arrondie au dixième de degré.
Réponse : .
Partie B
Question 1. a) Les vecteurs et appartiennent au plan (SBC).
Ils ne sont pas colinéaires : si , la coordonnée en donne , donc , mais la coordonnée en donne , ce qui est faux. Ils dirigent donc le plan (SBC).
Calculons les produits scalaires avec :
Le vecteur est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (SBC) : il est orthogonal à tout vecteur de ce plan.
Donc est un vecteur normal au plan (SBC).
Question 1. b) Le plan (SBC) admet pour vecteur normal : une équation cartésienne est de la forme , soit , avec réel.
Le point S appartient au plan, donc , d'où .
Donc une équation cartésienne de (SBC) est .
Vérification avec les autres points : pour B, pour C, .
Question 2. a) H est le projeté orthogonal de O sur le plan (SBC). Donc la droite (OH) passe par O et est perpendiculaire au plan (SBC) : le vecteur normal est un vecteur directeur de (OH).
Un point M appartient à (OH) si et seulement si avec (car O).
Donc une représentation paramétrique de (OH) est
Question 2. b) Le point H est l'intersection de la droite (OH) et du plan (SBC). Ses coordonnées vérifient à la fois la représentation paramétrique et l'équation .
On remplace : , soit , d'où .
On en déduit , et .
Donc H.
Réponse : H.
Question 2. c) H est le projeté orthogonal de O sur le plan (SBC) : la distance de O au plan (SBC) est la longueur OH.
Le repère est orthonormé :
Donc la distance du point O au plan (SBC) est cm.
Partie C
Question 1. a) La base ABCD est un carré de côté cm : son aire est cm. La hauteur de la pyramide SABCD est OS cm (S se projette orthogonalement en O sur le plan de la base).
D'après la formule du volume d'une pyramide :
Donc le volume de la pyramide SABCD est cm.
Réponse : cm.
Question 1. b) La pyramide SABCD est la réunion de quatre pyramides de sommet O, de bases respectives les faces latérales SAB, SBC, SCD et SDA, et ces pyramides n'ont en commun que des faces.
Une rotation de autour de l'axe (OS) transforme le carré ABCD en lui-même et laisse S fixe : elle échange ces quatre pyramides, qui ont donc le même volume.
Donc
Vérification directe : on prend OBC pour base. Le triangle OBC a pour base BC et pour hauteur OJ (J milieu de [BC]), donc son aire est cm. La hauteur issue de S est SO cm, car (SO) est perpendiculaire au plan (OBC) qui est le plan de la base. Donc .
Donc le volume de la pyramide OCBS est cm.
Question 2. Le triangle SBC est isocèle en S, car SB SC (partie A). Donc la médiane [SJ] issue de S, avec J milieu de [BC], est aussi la hauteur issue de S.
Calculons SJ, avec J et S :
Comme BC , l'aire du triangle SBC est
Donc l'aire du triangle SBC est cm.
Réponse : cm.
Question 3. La pyramide OCBS peut aussi être vue comme la pyramide de base le triangle SBC et de sommet O. Sa hauteur est alors la distance de O au plan (SBC).
D'après la formule du volume :
Or (question 1. b). Donc , soit
Donc la distance du point O au plan (SBC) est cm, ce qui est bien le résultat de la partie B.
Points clés attendus
Calculer les vecteurs coordonnée par coordonnée et utiliser que le repère est orthonormé pour le produit scalaire et les normes.
Pour un vecteur normal : justifier que deux vecteurs du plan sont non colinéaires et orthogonaux à .
Déterminer dans l'équation cartésienne avec les coordonnées d'un point du plan, et vérifier avec un autre point.
Pour H : intersection de la droite perpendiculaire et du plan, puis distance .
Citer la formule du volume d'une pyramide, utilisée dans deux configurations différentes (deux bases, deux hauteurs).
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.
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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Amérique du Nord, 20 mai 2026 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (François Kriegk) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
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