Déterminer une équation cartésienne d'un plan - Exercice 3

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Dans l’espace muni d’un repère orthonormé (O;i→;j→;k→)\left(O;\overrightarrow{i} ;\overrightarrow{j} ;\overrightarrow{k} \right), on considère les points A(1;7;1)A\left(1;7;1\right), B(0;2;−2)B\left(0;2;-2\right), C(2;0;−8)C\left(2;0;-8\right), D(−1;1;2)D\left(-1;1;2\right) et E(1;0;3)E\left(1;0;3\right)
Question 1

Démontrer que les points A,BA,B et CC définissent un plan noté (P)\left(P\right) de vecteur normal DE→\overrightarrow{DE} .

Correction
 Etape 1 :\red{\text{ Etape 1 :}}
On commence par calculer les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} :
AB→(−1−5−3)\overrightarrow{AB} \left(\begin{array}{c} {-1} \\ {-5} \\ {-3} \end{array}\right) et AC→(1−7−9)\overrightarrow{AC} \left(\begin{array}{c} {1} \\ {-7} \\ {-9} \end{array}\right)
Les vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} ne sont pas colinéaires donc les points A,BA,B et CC définissent bien un plan.
 Etape 2 :\red{\text{ Etape 2 :}}
Calculons le vecteur DE→\overrightarrow{DE} et si AB→⋅DE→=0\overrightarrow{AB} \cdot\overrightarrow{DE} =0 et AC→⋅DE→=0\overrightarrow{AC} \cdot\overrightarrow{DE} =0 alors le vecteur DE→\overrightarrow{DE} est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC)\left(ABC\right). Dans ce cas, la droite (DE)\left(DE\right) sera donc orthogonale à ce plan.
Autrement dit : DE→\overrightarrow{DE} est un vecteur normal de (P)\left(P\right)
DE→(2−11)\overrightarrow{DE} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {-1} \\ {1} \end{array}\right)
AB→⋅DE→=(−1)×2+(−5)×(−1)+(−3)×1=0\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{DE} =\left(-1\right)\times 2+\left(-5\right)\times \left(-1\right)+\left(-3\right)\times 1=0
AC→⋅DE→=1×2+(−7)×(−1)+(−9)×1=0\overrightarrow{AC} \cdot\overrightarrow{DE} =1\times 2+\left(-7\right)\times \left(-1\right)+\left(-9\right)\times 1=0
Il en résulte que DE→\overrightarrow{DE} est bien un vecteur normal de (P)\left(P\right)
Question 2

En déduire une équation cartésienne du plan (P)\left(P\right)

Correction
L'écriture cartésienne d'un plan ayant un vecteur normal n→(a;b;c)\overrightarrow{n} \left(a;b;c\right) s'écrit ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0 .
Ensuite pour déterminer la valeur de dd, on utilise les coordonnées du point AA.
L'écriture générale du plan (P)\left(P\right) est de la forme ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0
Comme DE→(2−11)\overrightarrow{DE} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {-1} \\ {1} \end{array}\right) est un vecteur normal de (P)\left(P\right) alors on a : 2x−y+z+d=02x-y+z+d=0
Le point A(1;7;1)A\left(1;7;1\right) appartient au plan (P)\left(P\right) donc :
2xA−yA+zA+d=02x_{A} -y_{A} +z_{A} +d=0 équivaut successivement à
2×1−7+1+d=02\times 1-7+1+d=0
d=4d=4
Finalement l'écriture cartésienne du plan (P)\left(P\right) est :
2x−y+z+4=02x-y+z+4=0

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