Sous forme de petits problèmes - Exercice 2

25 min
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ABCDABCD est un carré et BECBEC un triangle équilatéral, orientés dans le sens direct, dont les représentations graphiques sont données ci-dessous:
Déterminer la mesure principale des angles orientés suivants :
Question 1

(HA→;DB→)\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)

Correction
Les vecteurs HA→\overrightarrow{HA} et DH→\overrightarrow{DH} sont égaux. On peut donc écrire que :
(HA→;DB→)=(DH→;DB→)\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)=\left(\overrightarrow{DH} ;\overrightarrow{DB} \right). Or les vecteurs DH→\overrightarrow{DH} et DB→\overrightarrow{DB} ont la même origine, on peut lire alors que :
(HA→;DB→)=−π4\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)=-\frac{\pi }{4}
. Ici l'angle (DH→;DB→)\left(\overrightarrow{DH} ;\overrightarrow{DB} \right) est dans le sens indirect.
Question 2

(JB→;DI→)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)

Correction
Soient les vecteurs u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} on a alors :
(−u→;v→)=(u→;v→)+π\left(-\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\pi
Les vecteurs DI→\overrightarrow{DI} et FJ→\overrightarrow{FJ} sont égaux. On peut donc écrire que :
(JB→;DI→)=(JB→;FJ→)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{FJ} \right)
(JB→;DI→)=(JB→;−JF→)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;-\overrightarrow{JF} \right)
(JB→;DI→)=(JB→;JF→)+π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{JF} \right)+\pi . On a utilisé le rappel. Ici l'angle orienté (JB→;JF→)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{JF} \right) est dans le sens direct.
(JB→;DI→)=π2+π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{\pi }{2} +\pi
(JB→;DI→)=3π2\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{3\pi }{2}. Ce n'est pas une mesure principale, on va donc retrancher 2π2\pi.
(JB→;DI→)=3π2−2π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{3\pi }{2}-2\pi
Ainsi :
(JB→;DI→)=−π2\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=-\frac{\pi }{2}
.
Question 3

(CB→;HA→)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{HA} \right)

Correction
Soient deux vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} .
  • Si les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} sont colinéaires et de même sens alors l'angle orienté (AB→;AC→)=0\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AC} \right)=0
  • Si les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} sont colinéaires et de sens opposés alors l'angle orienté (AB→;AC→)=π\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AC} \right)=\pi
Les vecteurs CB→\overrightarrow{CB} et HA→\overrightarrow{HA} sont colinéaires et de même sens. Ainsi :
(CB→;HA→)=0\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{HA} \right)=0
.
Question 4

(AG→;JH→)\left(\overrightarrow{AG} ;\overrightarrow{JH} \right)

Correction
Soient deux vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} .
  • Si les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} sont colinéaires et de même sens alors l'angle orienté (AB→;AC→)=0\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AC} \right)=0
  • Si les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} sont colinéaires et de sens opposés alors l'angle orienté (AB→;AC→)=π\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AC} \right)=\pi
Les vecteurs AG→\overrightarrow{AG} et JH→\overrightarrow{JH} sont colinéaires et de sens opposés. Ainsi :
(AG→;JH→)=π\left(\overrightarrow{AG} ;\overrightarrow{JH} \right)=\pi
.
Question 5

(CB→;EC→)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)

Correction
Soient les vecteurs u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} on a alors :
(u→;−v→)=(u→;v→)+π\left(\overrightarrow{u} ;-\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\pi
On a :
(CB→;EC→)=(CB→;−CE→)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\left(\overrightarrow{CB} ;-\overrightarrow{CE} \right)
(CB→;EC→)=(CB→;CE→)+π\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CE} \right)+\pi . Ici l'angle (CB→;CE→)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CE} \right) est dans le sens indirect.
(CB→;EC→)=−π3+π\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=-\frac{\pi }{3} +\pi
Ainsi :
(CB→;EC→)=2π3\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\frac{2\pi }{3}
.
Question 6

(CE→;BE→)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)

Correction
Soient les vecteurs u→\overrightarrow{u} et v→\overrightarrow{v} on a alors :
(−u→;−v→)=(u→;v→)\left(-\overrightarrow{u} ;-\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)
On a :
(CE→;BE→)=(−EC→;−EB→)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(-\overrightarrow{EC} ;-\overrightarrow{EB} \right)
(CE→;BE→)=(EC→;EB→)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{EC} ;\overrightarrow{EB} \right) . Ici l'angle (EC→;EB→)\left(\overrightarrow{EC} ;\overrightarrow{EB} \right) est dans le sens indirect.
Ainsi :
(CE→;BE→)=−π3\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=-\frac{\pi }{3}
.
Question 7

(FA→;BE→)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)

Correction
Soient les vecteurs u→\overrightarrow{u} , v→\overrightarrow{v} et w→\overrightarrow{w} on a alors : (u→;v→)+(v→;w→)=(u→;w→)\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\left(\overrightarrow{v} ;\overrightarrow{w} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{w} \right).
Il s'agit de la relation de Chasles.
A l'aide de la relation de Chasles, on peut écrire que :
(FA→;BE→)=(FA→;FB→)+(FB→;BJ→)+(BJ→;BE→)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(\overrightarrow{FB} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
(FA→;BE→)=(FA→;FB→)+(−BF→;BJ→)+(BJ→;BE→)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(-\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
(FA→;BE→)=(FA→;FB→)+(BF→;BJ→)+π+(BJ→;BE→)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\pi+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
Or, d'après la représentation graphique, on peut lire que :
(FA→;FB→)=(FA→;FG→)+(FG→;FB→)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FG} \right)+\left(\overrightarrow{FG} ;\overrightarrow{FB} \right)
(FA→;FB→)=−π4+−π4\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\frac{-\pi }{4} +\frac{-\pi }{4}
(FA→;FB→)=−π2\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\frac{-\pi }{2}
De plus : (BF→;BJ→)=π4\left(\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)=\frac{\pi }{4}
Et enfin :(BJ→;BE→)=π3 \left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{\pi }{3}
Il en résulte que :
(FA→;BE→)=−π2+π4+π+π3\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{-\pi }{2}+\frac{\pi }{4}+\pi+\frac{\pi }{3}
(FA→;BE→)=13π12\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{13\pi }{12}. Ce n'est pas une mesure principale, on va retrancher 2π2\pi , cela nous donne donc :
(FA⃗;BE→)=13π12−2π\left(\vec{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{13\pi }{12}-2\pi
(FA⃗;BE⃗)=−11π12\left(\vec{FA} ;\vec{BE} \right)=-\frac{11\pi }{12}
(FA⃗;BE⃗)=−11π12\left(\vec{FA} ;\vec{BE} \right)=-\frac{11\pi }{12}
.

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