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

Bac 2026, Métropole : exercice 3

8 septembre 2026 · 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. Les affirmations sont indépendantes.

Pour toutes les questions, l'espace est muni d'un repère orthonormé.

  1. Soit u→(102)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix}1\\0\\2\end{pmatrix},  v→(013)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix}0\\1\\3\end{pmatrix} et w→(210)\overrightarrow{w}\begin{pmatrix}2\\1\\0\end{pmatrix} trois vecteurs de l'espace .

    Affirmation 1 : Les vecteurs u→,v→\overrightarrow{u},\overrightarrow{v} et w→\overrightarrow{w} forment une base de l'espace.

  2. Soit quatre points de l'espace :

    A(1   2   3),  B(2   0   1),  C(0   1   2),  D(0  ;  4  ;  −1)(0\;;\;4\;;\;- 1)

    On admet que les points A, B et C ne sont pas alignés.

    Affirmation 2 : La droite (CD) est orthogonale au plan (ABC).

  3. Soit dd une droite de l'espace dont une représentation paramétrique est :

    {x=2ty=−2+4tz=−2+t  avec  t∈R\left\{\begin{array}{l c r} x&=&2t\\ y&=&-2 + 4t\\ z&=&- 2 + t \end{array}\right. \,\,\text{avec}\,\, t \in \mathbb{R}

    Soit P1P_1 le plan de vecteur normal n→(1−23)\overrightarrow{n}\begin{pmatrix}1\\-2\\3\end{pmatrix} et passant par E(1  ;  1  ;  −1)(1\;;\;1\;;\;-1).

    Affirmation 3 : L'intersection de la droite dd et du plan P1P_1 est le point M(2  ;  2  ;  −1)(2\;;\;2\;;\;-1).

  4. Soit N(2  ;  0  ;  −2)(2\;;\;0\;;\;-2) et H(1  ;  −2  ;  0)(1\;;\;-2\;;\;0) deux points de l'espace.

    Soit P2P_2 le plan d'équation cartésienne x+2y−2z+3=0x + 2y - 2z + 3 = 0.

    Affirmation 4 : La distance de N au plan P2P_2 est NH.

Voir le corrigé

Affirmation 1 : vraie.

Trois vecteurs de l'espace forment une base si et seulement s'ils ne sont pas coplanaires.

Les vecteurs u⃗(102)\vec u\begin{pmatrix}1\\0\\2\end{pmatrix} et v⃗(013)\vec v\begin{pmatrix}0\\1\\3\end{pmatrix} ne sont pas colinéaires : la première coordonnée de v⃗\vec v est nulle alors que celle de u⃗\vec u ne l'est pas, et la deuxième coordonnée de u⃗\vec u est nulle alors que celle de v⃗\vec v ne l'est pas.

Donc u⃗\vec u, v⃗\vec v et w⃗\vec w sont coplanaires si et seulement s'il existe deux réels aa et bb tels que w⃗=au⃗+bv⃗\vec w=a\vec u+b\vec v.

On cherche de tels réels. L'égalité (210)=a(102)+b(013)\begin{pmatrix}2\\1\\0\end{pmatrix}=a\begin{pmatrix}1\\0\\2\end{pmatrix}+b\begin{pmatrix}0\\1\\3\end{pmatrix} équivaut au système

{a=2b=12a+3b=0.\begin{cases}a=2\\b=1\\2a+3b=0.\end{cases}

Les deux premières équations donnent a=2a=2 et b=1b=1, et la troisième devient alors 2×2+3×1=7=02\times2+3\times1=7=0, ce qui est faux.

Le système n'a pas de solution : w⃗\vec w n'est pas combinaison linéaire de u⃗\vec u et v⃗\vec v.

Les vecteurs u⃗\vec u, v⃗\vec v et w⃗\vec w ne sont donc pas coplanaires.

Vérification par le déterminant : en développant selon la deuxième colonne,

det⁡(u⃗,v⃗,w⃗)=∣102011230∣=1×(1×0−1×3) − 0+2×(0×3−1×2)=−3−4=−7.\det(\vec u,\vec v,\vec w)=\begin{vmatrix}1&0&2\\0&1&1\\2&3&0\end{vmatrix}=1\times(1\times0-1\times3)\ -\ 0+2\times(0\times3-1\times2)=-3-4=-7.

Ce déterminant est non nul, ce qui confirme que les trois vecteurs ne sont pas coplanaires.

Donc les vecteurs u⃗\vec u, v⃗\vec v et w⃗\vec w forment une base de l'espace : l'affirmation 1 est vraie.

Réponse : vraie.

Affirmation 2 : vraie.

On calcule les coordonnées des vecteurs utiles :

AB→(2−10−21−3)=(1−2−2),AC→(0−11−22−3)=(−1−1−1),CD→(0−04−1−1−2)=(03−3).\overrightarrow{AB}\begin{pmatrix}2-1\\0-2\\1-3\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\-2\\-2\end{pmatrix},\qquad\overrightarrow{AC}\begin{pmatrix}0-1\\1-2\\2-3\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-1\\-1\\-1\end{pmatrix},\qquad\overrightarrow{CD}\begin{pmatrix}0-0\\4-1\\-1-2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0\\3\\-3\end{pmatrix}.

On calcule les produits scalaires de CD→\overrightarrow{CD} avec AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} :

CD→⋅AB→=0×1+3×(−2)+(−3)×(−2)=−6+6=0,\overrightarrow{CD}\cdot\overrightarrow{AB}=0\times1+3\times(-2)+(-3)\times(-2)=-6+6=0,
CD→⋅AC→=0×(−1)+3×(−1)+(−3)×(−1)=−3+3=0.\overrightarrow{CD}\cdot\overrightarrow{AC}=0\times(-1)+3\times(-1)+(-3)\times(-1)=-3+3=0.

Les points A, B et C ne sont pas alignés (admis), donc AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} sont deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC).

Le vecteur CD→\overrightarrow{CD}, directeur de la droite (CD), est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC) : il est orthogonal à tout vecteur de ce plan, donc normal à (ABC).

Donc la droite (CD) est orthogonale au plan (ABC) : l'affirmation 2 est vraie.

Réponse : vraie.

Affirmation 3 : fausse.

Le plan P1P_1 est de vecteur normal n⃗(1−23)\vec n\begin{pmatrix}1\\-2\\3\end{pmatrix}, donc il admet une équation cartésienne de la forme x−2y+3z+d=0x-2y+3z+d=0.

Le point E(1 ;1 ;−1)(1\,;1\,;-1) appartient à P1P_1 :

1−2×1+3×(−1)+d=0  ⟺  −4+d=0  ⟺  d=4.1-2\times1+3\times(-1)+d=0\iff-4+d=0\iff d=4.

Une équation cartésienne de P1P_1 est donc x−2y+3z+4=0x-2y+3z+4=0.

Le point M(2 ;2 ;−1)(2\,;2\,;-1) appartient à la droite dd : pour t=1t=1, on obtient x=2x=2, y=−2+4=2y=-2+4=2 et z=−2+1=−1z=-2+1=-1.

On teste si M appartient à P1P_1 :

2−2×2+3×(−1)+4=2−4−3+4=−1≠0.2-2\times2+3\times(-1)+4=2-4-3+4=-1\neq0.

Donc M n'appartient pas au plan P1P_1, et M n'est pas dans l'intersection de dd et de P1P_1.

L'affirmation 3 est donc fausse.

Pour déterminer l'intersection réelle : le point de dd de paramètre tt appartient à P1P_1 si et seulement si

2t−2(−2+4t)+3(−2+t)+4=0  ⟺  2t+4−8t−6+3t+4=0  ⟺  −3t+2=0  ⟺  t=23.2t-2(-2+4t)+3(-2+t)+4=0\iff2t+4-8t-6+3t+4=0\iff-3t+2=0\iff t=\dfrac23.

La droite dd n'est pas contenue dans P1P_1 et le coefficient −3-3 est non nul, donc l'intersection est un unique point, obtenu pour t=23t=\dfrac23 : (43 ;23 ;−43)\left(\dfrac43\,;\dfrac23\,;-\dfrac43\right).

Réponse : fausse   l'intersection est le point (43 ;23 ;−43)\left(\dfrac43\,;\dfrac23\,;-\dfrac43\right) et non M.

Affirmation 4 : vraie.

Le plan P2P_2 a pour équation x+2y−2z+3=0x+2y-2z+3=0, donc il admet pour vecteur normal n⃗(12−2)\vec n\begin{pmatrix}1\\2\\-2\end{pmatrix}, de norme

∥n⃗∥=12+22+(−2)2=9=3.\|\vec n\|=\sqrt{1^2+2^2+(-2)^2}=\sqrt9=3.

On vérifie que H appartient à P2P_2 : 1+2×(−2)−2×0+3=1−4+3=01+2\times(-2)-2\times0+3=1-4+3=0.

On a NH→(1−2−2−00−(−2))=(−1−22)=−n⃗\overrightarrow{NH}\begin{pmatrix}1-2\\-2-0\\0-(-2)\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-1\\-2\\2\end{pmatrix}=-\vec n.

Le vecteur NH→\overrightarrow{NH} est donc colinéaire à n⃗\vec n : la droite (NH) est orthogonale à P2P_2.

Comme H appartient à P2P_2, le point H est le projeté orthogonal de N sur P2P_2.

La distance de N au plan P2P_2 est la distance de N à son projeté orthogonal, donc d(N,P2)=NH=∥−n⃗∥=3d(\mathrm N,P_2)=NH=\|-\vec n\|=3.

On retrouve ce résultat avec la formule de la distance d'un point à un plan :

d(N,P2)=∣2+2×0−2×(−2)+3∣12+22+(−2)2=∣2+4+3∣3=93=3=NH.d(\mathrm N,P_2)=\dfrac{|2+2\times0-2\times(-2)+3|}{\sqrt{1^2+2^2+(-2)^2}}=\dfrac{|2+4+3|}{3}=\dfrac93=3=NH.

Donc la distance de N au plan P2P_2 est NH : l'affirmation 4 est vraie.

Réponse : vraie, d(N,P2)=NH=3d(\mathrm N,P_2)=NH=3.

Points clés attendus

  • Base de l'espace : montrer que w⃗\vec w n'est pas combinaison linéaire de u⃗\vec u et v⃗\vec v (système incompatible) ou calculer un déterminant non nul.

  • Orthogonalité droite-plan : produit scalaire nul avec deux vecteurs non colinéaires du plan, en citant leur non-colinéarité.

  • Intersection droite-plan : équation cartésienne du plan, puis test d'appartenance du point proposé   un point de la droite n'est pas forcément dans le plan.

  • Distance à un plan : H dans le plan et NH→\overrightarrow{NH} colinéaire au vecteur normal, ou formule de la distance avec valeur absolue.

  • Chaque affirmation fausse ou vraie doit être justifiée par un calcul ou un contre-exemple.

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

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Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Métropole, 8 septembre 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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