Exercices types : 3ème partie - Exercice 2

10 min
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Question 1
Soit IJKLIJKL un rectangle tel que : IJ=10IJ=10 cm et JK=6JK=6 cm . Soit CC le milieu du segment [LK]\left[LK\right] et soit AA le milieu du segment [IL]\left[IL\right].
De plus : BK→=34JK→\overrightarrow{BK}= \frac{3}{4}\overrightarrow{JK}

Calculer AC→⋅BC→\overrightarrow{AC} \cdot \overrightarrow{BC}

Correction
Dans un premier temps, nous allons utiliser la relation de Chasles.
En effet : AC→=AL→+LC→\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{AL}+\overrightarrow{LC} et BC→=BK→+KC→\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{BK}+\overrightarrow{KC}
Il vient alors que :
AC→⋅BC→=(AL→+LC→)⋅(BK→+KC→)\overrightarrow{AC} \cdot \overrightarrow{BC} = \left(\overrightarrow{AL}+\overrightarrow{LC}\right) \cdot \left(\overrightarrow{BK}+\overrightarrow{KC}\right) . Nous développons maintenant :
AB→⋅BC→=AL→⋅BK→+AL→⋅KC→+LC→⋅BK→+LC→⋅KC→\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{BK} +\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{KC} +\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{BK} +\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{KC}
Comme IJKLIJKL est un rectangle alors :
  • Les droites (AL)\left(AL\right) et (KC)\left(KC\right) sont orthogonales donc AL→⋅KC→=0\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{KC}=0
  • Les droites (LC)\left(LC\right) et (BK)\left(BK\right) sont orthogonales donc LC→⋅BK→=0\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{BK}=0
  • Il en résulte donc que :
    AB→⋅BC→=AL→⋅BK→+0→+0→+LC→⋅KC→\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{BK} +\overrightarrow{0} +\overrightarrow{0} +\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{KC}
    AB→⋅BC→=AL→⋅BK→+LC→⋅KC→\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{BK} +\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{KC}
    Comme AA est le milieu du segment [IL]\left[IL\right] alors AL=3AL=3 cm et BK→=34JK→\overrightarrow{BK}= \frac{3}{4}\overrightarrow{JK} ce qui nous permet de dire que BK=34×6=4,5BK=\frac{3}{4} \times 6=4,5cm . Enfin, CC est le milieu du segment [LK]\left[LK\right] donc LC=KC=5LC=KC=5 cm
    Les vecteurs AL→\overrightarrow{AL} et BK→\overrightarrow{BK} sont colinéaires de même sens donc : AL→⋅BK→=AL×BK\overrightarrow{AL} \cdot \overrightarrow{BK}=AL\times BK
    Les vecteurs LC→\overrightarrow{LC} et KC→\overrightarrow{KC} sont colinéaires de sens opposés donc : LC→⋅KC→=LC×KC×(−1)\overrightarrow{LC} \cdot \overrightarrow{KC}=LC\times KC \times \left(-1\right)
    Il en résulte donc que :
    AB→⋅BC→=AL×BK+LC×KC×(−1)\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =AL\times BK+ LC\times KC \times \left(-1\right)
    AB→⋅BC→=3×4,5+5×5×(−1)\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =3\times 4,5+ 5\times 5 \times \left(-1\right)
    AB→⋅BC→=13,5−25\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =13,5-25
    AB→⋅BC→=−11,5\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} =-11,5

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