∑ Spécialité Mathématiques Première Générale · Chapitre 10

Géométrie repérée

Vecteur normal et équation cartésienne d'une droite, droites perpendiculaires, équation d'un cercle, parabole.

1. Vecteur normal et équation de droite

Définition

Un vecteur normal à une droite $d$ est un vecteur non nul orthogonal à un vecteur directeur de $d$.

Propriété

La droite passant par $A$ et de vecteur normal $\vec{n}\begin{pmatrix} a \\ b \end{pmatrix}$ est l'ensemble des points $M$ tels que $\overrightarrow{AM} \cdot \vec{n} = 0$. Elle a une équation de la forme $ax + by + c = 0$. Réciproquement, $\vec{n}(a\,;\,b)$ est normal à la droite d'équation $ax + by + c = 0$.

-11234567-1123450xyA(2 ; 3)n(2 ; 3)u(3 ; ?2)d : 2x + 3y ? 13 = 0
La droite d passe par A(2 ; 3) avec le vecteur normal n(2 ; 3) (perpendiculaire à d) ; u(3 ; ?2) est un vecteur directeur.

Exemple

Droite passant par $A(2\,;\,3)$ de vecteur normal $\vec{n}(2\,;\,3)$ : $2(x - 2) + 3(y - 3) = 0 \iff 2x + 3y - 13 = 0$.

Propriété · Droites perpendiculaires

Deux droites sont perpendiculaires si et seulement si leurs vecteurs normaux (ou directeurs) sont orthogonaux. Pour des équations réduites $y = mx + p$ et $y = m'x + p'$ : $d \perp d' \iff mm' = -1$.

2. Équation d'un cercle

Propriété

Le cercle de centre $\Omega(a\,;\,b)$ et de rayon $r$ a pour équation $(x - a)^2 + (y - b)^2 = r^2$.

Propriété · Cercle de diamètre [AB]

$M$ appartient au cercle de diamètre $[AB]$ si et seulement si $\overrightarrow{MA} \cdot \overrightarrow{MB} = 0$ (angle droit en $M$).

Méthode · Reconnaître un cercle

$x^2 + y^2 - 4x + 6y - 3 = 0 \iff (x - 2)^2 - 4 + (y + 3)^2 - 9 - 3 = 0 \iff (x - 2)^2 + (y + 3)^2 = 16$ : cercle de centre $(2\,;\,-3)$ et de rayon $4$ (on complète les carrés).

-11234567-11234560xy?(3 ; 3)r = 2
Cercle de centre ?(3 ; 3) et de rayon 2 : (x ? 3)² + (y ? 3)² = 4.

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Exercices corrigés

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1

Vecteur normal

★☆☆

Donner un vecteur normal et un vecteur directeur de la droite $3x - 5y + 2 = 0$.

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2

Équation avec un vecteur normal

★☆☆

Déterminer une équation de la droite passant par $A(1\,;\,-2)$ et de vecteur normal $\vec{n}(4\,;\,1)$.

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3

Hauteur d'un triangle

★★☆

$A(1\,;\,3)$, $B(-2\,;\,0)$, $C(4\,;\,-1)$. Déterminer une équation de la hauteur issue de $A$.

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4

Médiatrice

★★☆

Déterminer une équation de la médiatrice de $[AB]$ avec $A(1\,;\,2)$ et $B(5\,;\,4)$.

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5

Droites perpendiculaires

★☆☆

Les droites $d_1 : y = 2x + 1$ et $d_2 : y = -\dfrac{1}{2}x + 3$ sont-elles perpendiculaires ?

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6

Perpendiculaire passant par un point

★★☆

Déterminer l'équation réduite de la perpendiculaire à $y = 3x - 2$ passant par $A(3\,;\,1)$.

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7

Projeté orthogonal sur une droite

★★★

Déterminer le projeté orthogonal $H$ de $A(4\,;\,5)$ sur la droite $d : x + y - 3 = 0$, puis la distance de $A$ à $d$.

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8

Équation d'un cercle

★☆☆

Écrire l'équation du cercle de centre $\Omega(-1\,;\,2)$ et de rayon $3$. Le point $A(2\,;\,2)$ lui appartient-il ?

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9

Reconnaître un cercle

★★☆

Montrer que $x^2 + y^2 + 2x - 8y + 8 = 0$ est l'équation d'un cercle dont on précisera le centre et le rayon.

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10

Ce n'est pas un cercle

★★☆

L'ensemble des points vérifiant $x^2 + y^2 - 2x + 5 = 0$ est-il un cercle ?

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11

Cercle de diamètre donné

★★☆

Déterminer l'équation du cercle de diamètre $[AB]$ avec $A(1\,;\,1)$ et $B(5\,;\,3)$.

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12

Intersection droite-cercle

★★★

Déterminer les points d'intersection du cercle $x^2 + y^2 = 25$ et de la droite $y = x + 1$.

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13

Tangente à un cercle

★★★

Déterminer une équation de la tangente au cercle de centre $\Omega(1\,;\,2)$ passant par $A(4\,;\,6)$ (le point $A$ est sur le cercle).

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14

Point sur une droite

★☆☆

Le point $B(3\,;\,-1)$ appartient-il à la droite $2x + 5y - 1 = 0$ ?

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15

Parabole

★★☆

Déterminer le sommet de la parabole d'équation $y = 2x^2 - 8x + 3$ et son axe de symétrie.

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16

Parabole et droite

★★☆

La droite $y = 2x - 1$ est-elle tangente à la parabole $y = x^2$ ? (Nombre de points d'intersection.)

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17

Cercle et triangle rectangle

★★★

$A(-2\,;\,0)$, $B(2\,;\,0)$, $M(0\,;\,2)$. Vérifier que $\overrightarrow{MA} \cdot \overrightarrow{MB} = 0$. Que peut-on en déduire ?

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18

Distance d'un point à une droite

★★★

On admet que la distance de $M(x_0\,;\,y_0)$ à la droite $ax + by + c = 0$ vaut $\dfrac{|ax_0 + by_0 + c|}{\sqrt{a^2 + b^2}}$. Vérifier le résultat de l'exercice « Projeté orthogonal sur une droite ».

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19

Cercles et Python

★★☆

Écrire une fonction sur_cercle(x, y, a, b, r) qui renvoie True si le point $(x\,;\,y)$ est sur le cercle de centre $(a\,;\,b)$ et de rayon $r$ (à $10^{-9}$ près).

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20

Vrai ou faux

★★☆

a) $\vec{n}(a\,;\,b)$ est directeur de $ax + by + c = 0$. b) Deux droites de coefficients directeurs $2$ et $-\dfrac{1}{2}$ sont perpendiculaires. c) $x^2 + y^2 = 9$ est le cercle de centre $O$ et de rayon $9$.

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