Exercices de Produit Scalaire en maths Première | The Maths Tailor
Exercices de Produit Scalaire, Première
108 exercices de Produit Scalaire pour les maths Première, avec tous les énoncés en accès libre. 2 corrigés sont offerts ; les autres corrigés sont réservés aux abonnés. Au programme du chapitre : Définitions et propriétés, Produit scalaire et norme, Produit scalaire et orthogonalité, Produit scalaire dans un repère orthonormé.
Dans un repère orthonormé d'origine A, tracer les droites d1, d2, d3 et d4 d'équations cartésiennes respectives : 7x−3y−2=0 7x−3y−8=0 7x−3y−64=0 x=12,5
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Les trois premières équations sont de la forme 7x−3y+c=0. Pour une droite d'équation ax+by+c=0, le vecteur (−ba) est un vecteur directeur : ici u(37) dirige d1, d2 et d3, qui sont donc parallèles. Pour tracer chacune d'elles, on place deux de ses points.
d1 : 7x−3y−2=0⟺y=37x−2. Pour x=2, y=314−2=4 ; pour x=5, y=335−2=11. On trace la droite passant par (2;4) et (5;11).
d2 : 7x−3y−8=0⟺y=37x−8. Pour x=2, y=314−8=2 ; pour x=5, y=335−8=9. On trace la droite passant par (2;2) et (5;9).
d3 : 7x−3y−64=0⟺y=37x−64. Pour x=10, y=370−64=2 ; pour x=13, y=391−64=9. On trace la droite passant par (10;2) et (13;9).
d4 : x=12,5. C'est la droite parallèle à l'axe des ordonnées formée des points d'abscisse 12,5 ; elle passe par exemple par (12,5;0) et (12,5;10).
Contrôle : sur d1, d2 et d3, on passe du premier point au second en avançant de 3 en abscisse et de 7 en ordonnée, ce qui correspond bien au vecteur directeur u(37).
5.Exercice 5
On considère un repère orthonormé d'origine A dans lequel on place les points B(0;10) et C(18;0). On y a représenté : - l'ensemble E des points M tels que 244<MB2+MC2<262 ; - l'ensemble F des points M tels que 10<MA2−MB2<30 ; - l'ensemble G des points M tels que 35<CM⋅AB<45 ; - les droites d1, d2, d3 et d4 d'équations respectives 7x−3y−2=0, 7x−3y−8=0, 7x−3y−64=0 et x=12,5.
Pour obtenir le symbole de l'euro : - Colorier la partie de l'ensemble E délimitée par les droites d3 et d4 qui contient le point (4,5;5) : c'est le C de l'euro, ouvert vers la droite. - Colorier la partie de l'ensemble F délimitée par les droites d1 et d3. - Colorier la partie de l'ensemble G délimitée par les droites d2 et d3.
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On commence par décrire les ensembles et les droites, en notant (x;y) les coordonnées de M : - MB2+MC2=2MI2+212 avec I(9;5) milieu de [BC] (théorème de la médiane), donc E est la couronne de centre I formée des points tels que 4<MI<5 ; - MA2−MB2=x2+y2−(x2+(y−10)2)=20y−100, donc F est la bande horizontale 5,5<y<6,5 ; - CM⋅AB=(x−18)×0+y×10=10y, donc G est la bande horizontale 3,5<y<4,5 ; - d1, d2 et d3 sont parallèles, de vecteur directeur (37), et d4 est la droite verticale d'abscisse 12,5.
Les droites d1, d2 et d3 montent vers la droite. Un point est à gauche de d3 (donc au-dessus) lorsque 7x−3y−64<0 : c'est le cas de l'origine, qui donne −64<0. De même, un point est à droite de d1 lorsque 7x−3y−2>0, et à droite de d2 lorsque 7x−3y−8>0.
1. Partie de E délimitée par d3 et d4. Les droites d3 et d4 se coupent au point P d'abscisse 12,5 et d'ordonnée 37×12,5−64=647≈7,83. On a PI2=3,52+(647−5)2=449+36289=18365≈20,3, compris entre 16 et 25 : P est dans la couronne, en haut à droite. On colorie les points de E situés à la fois à gauche de d4 (x<12,5) et à gauche de d3 (7x−3y−64<0) : c'est le morceau de couronne qui contient le point (4,5;5). On obtient un C ouvert vers la droite : - en haut, il s'arrête au niveau de P : son extrémité est coupée par d3 du côté du cercle intérieur, puis par d4 jusqu'au cercle extérieur ; - en bas, il s'arrête sur d3, qui coupe la couronne tout en bas, juste à droite du point (9;0), le plus bas du cercle extérieur : d3 passe par (764;0), avec 764≈9,14. Le morceau de couronne situé à droite, entre ces deux extrémités, n'est pas colorié : c'est l'ouverture du C.
2. Partie de F délimitée par d1 et d3. On colorie les points tels que 5,5<y<6,5, à droite de d1 et à gauche de d3, c'est-à-dire tels que 2<7x−3y<64. C'est un parallélogramme : deux côtés horizontaux sur les droites y=5,5 et y=6,5, deux côtés portés par d1 et d3. Pour obtenir ses sommets, on remplace y dans l'équation de la droite et on résout en x : - sur y=5,5 : x=73×5,5+2=1437≈2,64 sur d1 et x=73×5,5+64=11,5 sur d3 ; - sur y=6,5 : x=73×6,5+2=1443≈3,07 sur d1 et x=73×6,5+64=14167≈11,93 sur d3.
3. Partie de G délimitée par d2 et d3. On colorie les points tels que 3,5<y<4,5, à droite de d2 et à gauche de d3, c'est-à-dire tels que 8<7x−3y<64. C'est aussi un parallélogramme, de sommets : - sur y=3,5 : x=73×3,5+8=1437≈2,64 sur d2 et x=73×3,5+64=14149≈10,64 sur d3 ; - sur y=4,5 : x=73×4,5+8=1443≈3,07 sur d2 et x=73×4,5+64=14155≈11,07 sur d3.
Conclusion : les deux barres commencent à gauche de la couronne, dont le bord gauche passe par (4;5), traversent la partie gauche du C et s'arrêtent sur d3, à l'intérieur du C. Le C ouvert vers la droite, traversé par ces deux barres parallèles aux extrémités inclinées, forme le symbole de l'euro.
6.Produit scalaire par coordonnées
Dans un repère orthonormé (O;i,j), on considère les points A(1;2), B(5;5) et C(−1;4).
Pour estimer la largeur d'un lac séparant deux points A et B, un géomètre se place en un point C accessible sur la rive, tel que CA=150 m, CB=210 m et ACB=72°.
On considère les deux équations suivantes, dans un repère orthonormé :(E1):x2+y2−6x+4y−12=0(E2):x2+y2−2x+6y+15=0Pour chacune, déterminer si elle est l'équation d'un cercle. Si oui, préciser son centre et son rayon.
23.Caractériser un cercle de diamètre par le produit scalaire
Soit A(2;−1) et B(6;3) deux points d'un repère orthonormé. On note E l'ensemble des points M du plan tels que le triangle AMB soit rectangle en M (avec M=A et M=B).
a) Justifier que E est le cercle de diamètre [AB] privé des points A et B, et donner une équation cartésienne de ce cercle.
IJKL est un carré de côté 8. Dans le repère orthonormé (I;IJ,IL) (donc I(0;0), J(8;0), K(8;8), L(0;8)), on considère le point M, milieu de [JK], et le point N du segment [KL] tel que KN=2.
a) Donner les coordonnées de M, de N, puis des vecteurs IM et IN.
b) Calculer le produit scalaire IM⋅IN. Les droites (IM) et (IN) sont-elles perpendiculaires ?
c) En déduire une mesure, au dixième de degré près, de l'angle MIN.
d) Donner une équation cartésienne du cercle de diamètre [MN], puis vérifier que le point I n'appartient pas à ce cercle.
Soit ABC un triangle. On note a=BC, b=CA, c=AB. Soit M le milieu de [AC] et N le milieu de [AB], de sorte que (BM) et (CN) sont les médianes issues respectivement de B et de C.
Démontrer que les médianes (BM) et (CN) sont perpendiculaires si et seulement si :b2+c2=5a2
28.Optimiser un produit scalaire à l'aide de la formule de la médiane
On considère deux points fixes B(−4;0) et C(4;0) dans un repère orthonormé, et I le milieu de [BC] (ici I est l'origine du repère). Un point M se déplace sur la droite d d'équation y=x−2, donc M(t;t−2) pour t∈R.
a) En utilisant la relation MB⋅MC=MI2−4BC2, exprimer MB⋅MC en fonction de t.
b) Déterminer la position de M sur d pour laquelle MB⋅MC est minimal, ainsi que cette valeur minimale.
29.Démonstration de la formule d'addition du cosinus
Dans le plan muni d'un repère orthonormé direct (O;i,j), on considère le cercle trigonométrique de centre O et de rayon 1. Soit P et Q deux points de ce cercle associés respectivement aux réels a et b, de sorte que P(cosa;sina) et Q(cosb;sinb).
En calculant le produit scalaire OP⋅OQ de deux façons différentes, démontrer que :cos(a−b)=cosacosb+sinasinb