Angles orientés

Exercices types : 11ère partie - Exercice 1

15 min
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Soit ABCDEABCDE la ligne brisée représentée ci-dessous, où AB\overrightarrow{AB} et DE\overrightarrow{DE} sont colinéaires et de même sens.
La figure complète l'énoncé ci-dessus.
Question 1

Traduire les données de l'énoncé (figure + texte) en termes d'angles orientés de vecteurs.

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
D'après l'énoncé, les vecteurs AB\overrightarrow{AB} et DE\overrightarrow{DE} sont colinéaires et de même sens.
Cela signifie que : (AB;DE)=0\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=0.
De plus, à l'aide de la représentation de la ligne brisée, on lit facilement que :
  • (BA;BC)=2π3\left(\overrightarrow{BA} ;\overrightarrow{BC} \right)=\frac{2\pi }{3}
  • (CB;CD)=π2\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CD} \right)=-\frac{\pi }{2}
Question 2

Déterminer une mesure de l'angle orienté (DC;DE)\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)

Correction
D'après la relation de Chasles, on a :
(AB;DE)=(AB;BC)+(BC;CD)+(CD;DE)\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{BC} \right)+\left(\overrightarrow{BC} ;\overrightarrow{CD} \right)+\left(\overrightarrow{CD} ;\overrightarrow{DE} \right)
(AB;DE)=(BA;BC)+(CB;CD)+(DC;DE)\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=\left(-\overrightarrow{BA} ;\overrightarrow{BC} \right)+\left(-\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CD} \right)+\left(-\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)
(AB;DE)=(BA;BC)+π+(CB;CD)+π+(DC;DE)+π\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=\left(\overrightarrow{BA} ;\overrightarrow{BC} \right)+\pi +\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CD} \right)+\pi +\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)+\pi
(AB;DE)=(BA;BC)+(CB;CD)+(DC;DE)+3π.\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=\left(\overrightarrow{BA} ;\overrightarrow{BC} \right)+\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CD} \right)+\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)+3\pi .
Comme : (BA;BC)=2π3\left(\overrightarrow{BA} ;\overrightarrow{BC} \right)=\frac{2\pi }{3} ; (CB;CD)=π2\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CD} \right)=-\frac{\pi }{2} et (AB;DE)=0\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{DE} \right)=0, il vient alors que :
0=2π3π2+(DC;DE)+3π0=\frac{2\pi }{3} -\frac{\pi }{2} +\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)+3\pi
(DC;DE)=2π3+π23π\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=-\frac{2\pi }{3} +\frac{\pi }{2} -3\pi
(DC;DE)=19π6\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=-\frac{19\pi }{6}
Nous allons déterminer la mesure principale de 19π6-\frac{19\pi }{6} .
« A la calculatrice, on tape 1963,16-\frac{19}{6} \approx -3,16. On s'intéresse uniquement à la partie entière c'est à dire à la partie avant la virgule. Ici on a 3-3. Comme 3-3 est impair on rajoute 1-1 ce qui nous donne 4-4. On garde cette valeur. On va soustraire à 19π6-\frac{19\pi }{6} la valeur 4π-4\pi qui est bien un multiple de 2kπ2k\pi »
La partie entre guillemets et en italique est une explication pour obtenir la mesure principale.
Vous ne devez pas l'écrire sur une copie.
Ce qui doit apparaitre sur une copie est donnée ci-dessous :

Il vient alors :
(DC;DE)=19π6(4π)\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=-\frac{19\pi }{6} -\left(-4\pi\right)
(DC;DE)=19π6+4π\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=-\frac{19\pi }{6} +4\pi
(DC;DE)=19π6+24π6\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=-\frac{19\pi }{6} +\frac{24\pi }{6}
(DC;DE)=5π6\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=\frac{5\pi }{6}
Il en résulte que la mesure principale de l'angle orienté de mesure 19π6-\frac{19\pi }{6} est 5π6\frac{5\pi }{6} .
Ainsi :
(DC;DE)=5π6\left(\overrightarrow{DC} ;\overrightarrow{DE} \right)=\frac{5\pi }{6}