Ce cours sur la droite dans le plan pour le Tronc Commun traite de l’équation de droite, du vecteur directeur et des positions relatives, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie Tronc Commun.
Cours sur la droite dans le plan Tronc Commun
La Droite dans le Plan
Repère, coordonnées, colinéarité, équations cartésiennes et positions relatives.
à maîtriser
1Repère et Coordonnées
- \(O\) est l’origine du repère.
- \((OI)\) est l’axe des abscisses.
- \((OJ)\) est l’axe des ordonnées.
Si \((OI) \perp (OJ)\), le repère est orthogonal. Si de plus \(OI = OJ = 1\), il est orthonormé.
- Un point \(M\) a pour coordonnées \((x ; y)\) si \(\overrightarrow{OM} = x\overrightarrow{OI} + y\overrightarrow{OJ}\).
- Un vecteur \(\vec{u}\) a pour coordonnées \((x ; y)\) si \(\vec{u} = x\vec{i} + y\vec{j}\).
- Coordonnées de \(\overrightarrow{AB}\) : \((x_B – x_A ; y_B – y_A)\)
- Distance : \(AB = \sqrt{(x_B – x_A)^2 + (y_B – y_A)^2}\)
- Milieu \(I\) : \(\left(\frac{x_A + x_B}{2} ; \frac{y_A + y_B}{2}\right)\)
- Somme : \(\vec{u} + \vec{v} = (x + x’ ; y + y’)\)
- Multiplication par un réel \(k\) : \(k\vec{u} = (kx ; ky)\)
2Colinéarité (Déterminant)
Donc \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) ne sont pas colinéaires.
3La Droite dans le Plan
Avec \(a \neq 0\) ou \(b \neq 0\). Un vecteur directeur de cette droite est \(\vec{u}(-b ; a)\).
\(m\) est le coefficient directeur et \(p\) est l’ordonnée à l’origine. Un vecteur directeur est alors \(\vec{u}(1 ; m)\).
- Le déterminant \(\det(\overrightarrow{AM}; \vec{u}) = 0\) avec \(M(x; y)\) donne : \((x – 1)(3) – (y + 1)(-1) = 0\)
- \(3x – 3 + y + 1 = 0\)
- Donc l’équation est \(3x + y – 2 = 0\).
4Positions Relatives de Deux Droites
Avec les équations réduites \(y = mx + p\) et \(y = m’x + p’\), elles sont parallèles si et seulement si \(m = m’\).
- Vecteurs directeurs : \(\vec{u}(4; 2)\) pour \((D)\) et \(\vec{v}(-2; -1)\) pour \((D’)\).
- \(\det(\vec{u}; \vec{v}) = 4(-1) – (-2)(2) = -4 + 4 = 0\).
- Les droites sont parallèles. On vérifie si elles sont confondues en testant un point de \((D)\) dans \((D’)\).
- Point de \((D)\) : \(x=0 \implies -4y+3=0 \implies y = 3/4\).
- On teste dans \((D’)\) : \(-0 + 2(3/4) + 5 = 6.5 \neq 0\). Donc \(A \notin (D’)\).
- Les droites sont strictement parallèles.
5Exercices corrigés
Cherche d’abord seul(e), puis ouvre la solution pour vérifier.
Soient \(A(1; 2)\) et \(B(-5; 4)\). Calculer les coordonnées du milieu \(I\) de \([AB]\) et la distance \(AB\).
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Milieu \(I\) : \(I\left(\frac{1 + (-5)}{2} ; \frac{2 + 4}{2}\right) = I(-2 ; 3)\).
Distance \(AB\) : \(AB = \sqrt{(-5 – 1)^2 + (4 – 2)^2} = \sqrt{(-6)^2 + 2^2} = \sqrt{36 + 4} = \sqrt{40} = 2\sqrt{10}\).
Les vecteurs \(\vec{u}(1; 2)\) et \(\vec{v}(-3; 1)\) sont-ils colinéaires ?
Voir la solution
On calcule le déterminant :
\(\det(\vec{u}; \vec{v}) = (1)(1) – (-3)(2) = 1 + 6 = 7\).
Comme \(7 \neq 0\), les vecteurs ne sont pas colinéaires.
Déterminer une équation cartésienne de la droite \((D)\) passant par \(A(5; 13)\) et \(B(10; 23)\).
Voir la solution
Le vecteur \(\overrightarrow{AB} = (10 – 5 ; 23 – 13) = (5 ; 10)\) est un vecteur directeur.
En divisant par 5, on obtient le vecteur \(\vec{u}(1 ; 2)\).
L’équation est de la forme \(-2x + y + c = 0\) (car \(a = -2\), \(b = 1\)).
On utilise \(A(5; 13)\) : \(-2(5) + 13 + c = 0 \implies -10 + 13 + c = 0 \implies c = -3\).
L’équation est donc \(-2x + y – 3 = 0\).
Soit \(m\) un réel. Discuter la colinéarité des vecteurs \(\vec{u}(3; 2m+1)\) et \(\vec{v}(2; m)\) selon les valeurs de \(m\).
Voir la solution
On calcule le déterminant :
\(\det(\vec{u}; \vec{v}) = 3(m) – 2(2m+1) = 3m – 4m – 2 = -m – 2\).
– Si \(m = -2\), alors \(\det(\vec{u}; \vec{v}) = 0\), les vecteurs sont colinéaires.
– Si \(m \neq -2\), alors \(\det(\vec{u}; \vec{v}) \neq 0\), les vecteurs ne sont pas colinéaires.
Étudier la position relative des droites \((D) : 2x + 5y – 2 = 0\) et \((D’) : x + 3y – 2 = 0\).
Voir la solution
Vecteurs directeurs : \(\vec{u}(-5 ; 2)\) pour \((D)\) et \(\vec{v}(-3 ; 1)\) pour \((D’)\).
\(\det(\vec{u}; \vec{v}) = (-5)(1) – (-3)(2) = -5 + 6 = 1 \neq 0\). Les droites sont sécantes.
Pour trouver le point d’intersection, on résout le système :
\(\begin{cases} 2x + 5y = 2 \\ x + 3y = 2 \end{cases}\)
Par substitution, \(x = 2 – 3y\). Donc \(2(2 – 3y) + 5y = 2 \implies 4 – 6y + 5y = 2 \implies y = 2\).
Ensuite \(x = 2 – 3(2) = 2 – 6 = -4\).
Le point d’intersection est \(E(-4 ; 2)\).
★Fiche résumé à retenir
- Distance : \(AB = \sqrt{(x_B – x_A)^2 + (y_B – y_A)^2}\).
- Déterminant : \(\det(\vec{u}; \vec{v}) = x y’ – x’ y\).
- Colinéarité : \(\det(\vec{u}; \vec{v}) = 0\).
- Équation cartésienne : \(ax + by + c = 0\) avec vecteur directeur \(\vec{u}(-b; a)\).
- Parallélisme : \((D) \parallel (D’) \iff a b’ – a’ b = 0\) (ou \(m = m’\)).