Baccalauréat STI2D Métropole Juin 2021 - Exercice 1

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Le plan complexe est muni d’un repère orthonormé direct (O;u→;v→)\left(O;\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right) . On considère les points AA et BB d’affixes respectives : zA=3e−iπ3z_{A}=3e^{-i\frac{\pi }{3}} et zB=−1+i3z_{B}=-1+i\sqrt{3} .
Question 1

Les points OO, AA et BB sont-ils alignés ?

Correction
Dans un premier temps, nous allons donner la forme algébrique de zAz_{A} .
zA=3e−iπ3z_A=3e^{-i\frac{\pi }{3}}
zA=3(cos(−π3) +isin(−π3) )z_A=3\left({\mathrm{cos} \left(-\frac{\pi }{3}\right)\ }+i{\mathrm{sin} \left(-\frac{\pi }{3}\right)\ }\right)
zA=3(12−i32)z_A=3\left(\frac{1}{2}-i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)
Ainsi :
zA=32−i332z_A=\frac{3}{2}-i\frac{3\sqrt{3}}{2}

Si les points OO, AA et BB sont alignés alors les vecteurs OA→\overrightarrow{OA} et OB→\overrightarrow{OB} doivent être colinéaires.
Autrement dit, il existe un réel kk vérifiant la relation vectorielle OA→=kOB→\overrightarrow{OA}=k\overrightarrow{OB} .
  • Si zAz_{A} et zBz_{B} sont les affixes respectives des points AA et BB dans un repère orthonormé direct (O;u→;v→)\left(O;\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right), alors l'affixe du vecteur AB→\overrightarrow{AB} est égale à zAB→=zB−zAz_{\overrightarrow{AB} }=z_{B}-z_{A}.
Nous avons : zA=3e−iπ3z_{A}=3e^{-i\frac{\pi }{3}} ; zB=−1+i3z_{B}=-1+i\sqrt{3} et zO=0z_{O}=0 car OO est l'origine du repère.
D'une part :
zOA→=zA−zOz_{\overrightarrow{OA} }=z_{A}-z_{O}
zOA→=3(12−i32)−0z_{\overrightarrow{OA} }=3\left(\frac{1}{2}-i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)-0
Ainsi :
zOA→=3(12−i32)z_{\overrightarrow{OA} }=3\left(\frac{1}{2}-i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)

D'autre part :
zOB→=zB−zOz_{\overrightarrow{OB} }=z_{B}-z_{O}
zOB→=−1+i3−0z_{\overrightarrow{OB} }=-1+i\sqrt{3}-0
Ainsi :
zOB→=−1+i3z_{\overrightarrow{OB} }=-1+i\sqrt{3}

Nous allons transformer l'expression de zOA→z_{\overrightarrow{OA} }.
Soit : zOA→=3(12−i32)z_{\overrightarrow{OA} }=3\left(\frac{1}{2}-i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)
On remarque que :
zOA→=3(12−i×12×3)z_{\overrightarrow{OA} }=3\left(\frac{1}{2}-i\times \frac{1}{2}\times \sqrt{3}\right) . Nous allons maintenant factoriser par 12\frac{1}{2} .
zOA→=3×12(1−i3)z_{\overrightarrow{OA} }=3\times \frac{1}{2}\left(1-i\sqrt{3}\right)
zOA→=32(1−i3)z_{\overrightarrow{OA} }=\frac{3}{2}\left(1-i\sqrt{3}\right) . Nous allons factoriser par −1-1 . Ce qui nous donne.
zOA→=−32(−1+i3)z_{\overrightarrow{OA} }=-\frac{3}{2}\left(-1+i\sqrt{3}\right)
Enfin :
zOA→=−32zOB→z_{\overrightarrow{OA} }=-\frac{3}{2}z_{\overrightarrow{OB} }

Il en résulte donc que les vecteurs OA→\overrightarrow{OA} et OB→\overrightarrow{OB} sont bien colinéaires.
Finalement, les points OO, AA et BB sont alignés .

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