13. Produit vectoriel
Définition, coordonnées et applications : vecteur normal, aire d’un triangle, distance d’un point à une droite.
∫Résumé du cours
Définition
Dans l’espace orienté, u⃗ ∧ v⃗ est le vecteur :
- nul si u⃗ et v⃗ sont colinéaires ;
- sinon orthogonal à u⃗ et à v⃗, tel que (u⃗, v⃗, u⃗ ∧ v⃗) soit direct, et de norme ‖u⃗‖‖v⃗‖ |sin θ|.
Propriétés : v⃗ ∧ u⃗ = −(u⃗ ∧ v⃗) ; bilinéarité ; u⃗ ∧ v⃗ = 0⃗ ⇔ u⃗ et v⃗ colinéaires.
Coordonnées (repère orthonormé direct)
u⃗(a ; b ; c) ∧ v⃗(a’ ; b’ ; c’) = (bc’ − cb’ ; ca’ − ac’ ; ab’ − ba’).
Applications
- A, B, C non alignés : AB⃗ ∧ AC⃗ est un vecteur normal au plan (ABC).
- Aire du triangle ABC = (1/2) ‖AB⃗ ∧ AC⃗‖.
- Distance de M à la droite D(A, u⃗) : d = ‖AM⃗ ∧ u⃗‖ / ‖u⃗‖.
- A, B, C alignés ⇔ AB⃗ ∧ AC⃗ = 0⃗.
✎Exemples corrigés
Exemple 1
A(1 ; 0 ; 0), B(0 ; 1 ; 0), C(0 ; 0 ; 1). Calculer AB⃗ ∧ AC⃗, l’aire de ABC et une équation de (ABC).
Voir la correction
Aire = (1/2)√3 = √3/2.
Plan : x + y + z + d = 0 et A donne d = −1 : x + y + z − 1 = 0.
Exemple 2
Distance de M(1 ; 1 ; 1) à la droite passant par O et dirigée par u⃗(1 ; 0 ; 0).
Voir la correction
d = √2 / 1 = √2.
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-
Si u⃗ et v⃗ sont colinéaires, u⃗ ∧ v⃗ = ?
Réponse
a) 0⃗ — sin θ = 0. -
v⃗ ∧ u⃗ = ?
Réponse
b) −(u⃗ ∧ v⃗) — Le produit vectoriel est antisymétrique. -
Aire du triangle ABC :
Réponse
b) (1/2)‖AB⃗ ∧ AC⃗‖ — Moitié de l’aire du parallélogramme. -
i⃗ ∧ j⃗ = ? (repère orthonormé direct)
Réponse
a) k⃗ — (i⃗, j⃗, k⃗) est direct.
التعريف، الإحداثيات والتطبيقات: متجهة منظمية، مساحة مثلث، مسافة نقطة عن مستقيم.
∫ملخص الدرس
تعريف
في الفضاء الموجه، u⃗ ∧ v⃗ هي المتجهة:
- المنعدمة إذا كانت u⃗ و v⃗ مستقيميتين؛
- وإلا فهي عمودية على u⃗ وعلى v⃗، بحيث يكون (u⃗, v⃗, u⃗ ∧ v⃗) مباشرًا، ومنظمها ‖u⃗‖‖v⃗‖ |sin θ|.
الخاصيات: v⃗ ∧ u⃗ = −(u⃗ ∧ v⃗) ؛ ثنائية الخطية ؛ u⃗ ∧ v⃗ = 0⃗ ⇔ u⃗ و v⃗ مستقيميتان.
الإحداثيات (معلم متعامد ممنظم مباشر)
u⃗(a ; b ; c) ∧ v⃗(a’ ; b’ ; c’) = (bc’ − cb’ ; ca’ − ac’ ; ab’ − ba’).
التطبيقات
- A و B و C غير مستقيمية: AB⃗ ∧ AC⃗ متجهة منظمية على المستوى (ABC).
- مساحة المثلث ABC = (1/2) ‖AB⃗ ∧ AC⃗‖.
- مسافة M عن المستقيم D(A, u⃗): d = ‖AM⃗ ∧ u⃗‖ / ‖u⃗‖.
- A و B و C مستقيمية ⇔ AB⃗ ∧ AC⃗ = 0⃗.
✎أمثلة محلولة
مثال 1
A(1 ; 0 ; 0) و B(0 ; 1 ; 0) و C(0 ; 0 ; 1). احسب AB⃗ ∧ AC⃗ ومساحة ABC ومعادلة (ABC).
عرض الحل
المساحة = (1/2)√3 = √3/2.
المستوى: x + y + z + d = 0 و A تعطي d = −1: x + y + z − 1 = 0.
مثال 2
مسافة M(1 ; 1 ; 1) عن المستقيم المار من O والموجه بـ u⃗(1 ; 0 ; 0).
عرض الحل
d = √2 / 1 = √2.
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-
إذا كانت u⃗ و v⃗ مستقيميتين فإن u⃗ ∧ v⃗ = ؟
الجواب
أ) 0⃗ — sin θ = 0. -
v⃗ ∧ u⃗ = ؟
الجواب
ب) −(u⃗ ∧ v⃗) — الجداء المتجهي ضد تماثلي. -
مساحة المثلث ABC:
الجواب
ب) (1/2)‖AB⃗ ∧ AC⃗‖ — نصف مساحة متوازي الأضلاع. -
i⃗ ∧ j⃗ = ؟ (معلم متعامد ممنظم مباشر)
الجواب
أ) k⃗ — (i⃗, j⃗, k⃗) مباشر.
Résumé rédigé par Nqraw selon le programme officiel marocain.