Angles orientés

Exercices types : 11ère partie - Exercice 2

20 min
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Dans le plan orienté, on considère la figure ci-dessous.
  • ABCABC est un triangle rectangle isocèle en CC tel que : (CA;CB)=π2\left(\overrightarrow{CA} ;\overrightarrow{CB} \right)=\frac{\pi }{2}
  • ADEBADEB est un carré tel que : (AD;AB)=π2\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{AB} \right)=\frac{\pi }{2}
  • EFGHEFGH est un parallélogramme.
  • (EH;EB)=π3\left(\overrightarrow{EH} ;\overrightarrow{EB} \right)=\frac{\pi }{3}
Question 1

Déterminer la mesure principale des angles (AC;AB)\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{AB} \right) et (AB;AD)\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AD} \right)

Correction
ABCABC est un triangle rectangle isocèle en CC tel que : AC^B=π2A\hat{C}B=\frac{\pi }{2} , il en résulte que les angles CA^BC\hat{A}B et CB^AC\hat{B}A sont égaux .
On rappelle que dans un triangle isocèle, les angles à la base sont égaux.
Ainsi CA^B=CB^A=π4C\hat{A}B=C\hat{B}A=\frac{\pi }{4} .
Il en résulte donc que l'angle (AC;AB)\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{AB} \right) est dans le sens indirect soit (AC;AB)=π4\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{AB} \right)=-\frac{\pi }{4} .
Enfin , l'angle (AB;AD)\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AD} \right) est dans le sens indirect soit :
(AB;AD)=(AD;AB)=π2\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AD} \right)=-\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{AB} \right)=-\frac{\pi }{2}
Ainsi :
(AB;AD)=π2\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AD} \right)=-\frac{\pi }{2}
Question 2

Justifier l'égalité (AD;FG)=(BE;EH)\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right)=\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)

Correction
On sait que ADEBADEB est un carré.
Ainsi : AD=BE\overrightarrow{AD} =\overrightarrow{BE}
De même, on sait que EFGHEFGH est un parallélogramme.
Ainsi : FG=EH\overrightarrow{FG} =\overrightarrow{EH}
Finalement :
(AD;FG)=(BE;EH)\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right)=\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)
Question 3

En déduire la mesure principale de l'angle (AD;FG)\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right)

Correction
Comme (AD;FG)=(BE;EH)\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right)=\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right).
Il nous suffit de déterminer la mesure de l'angle (BE;EH)\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right) pour obtenir celle de (AD;FG)\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right).
On sait que (EH;EB)=π3\left(\overrightarrow{EH} ;\overrightarrow{EB} \right)=\frac{\pi }{3} alors :
(BE;EH)=(EB;EH)\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=\left(-\overrightarrow{EB} ;\overrightarrow{EH} \right)
(BE;EH)=(EB;EH)+π\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=\left(\overrightarrow{EB} ;\overrightarrow{EH} \right)+\pi
Or (EB;EH)=(EH;EB)\left(\overrightarrow{EB} ;\overrightarrow{EH} \right)=-\left(\overrightarrow{EH} ;\overrightarrow{EB} \right) car (v;u)=(u;v)\left(\overrightarrow{v} ;\overrightarrow{u} \right)=-\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)
Ainsi :
(BE;EH)=(EH;EB)+π\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=-\left(\overrightarrow{EH} ;\overrightarrow{EB} \right)+\pi
(BE;EH)=π3+π\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=-\frac{\pi }{3} +\pi
(BE;EH)=π3+3π3\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=-\frac{\pi }{3} +\frac{3\pi }{3}
(BE;EH)=2π3\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=\frac{2\pi }{3}
Il en résulte donc que :
(AD;FG)=(BE;EH)=2π3\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right)=\left(\overrightarrow{BE} ;\overrightarrow{EH} \right)=\frac{2\pi }{3}
Question 4

Déduire des trois résultats précédents la mesure principale de l'angle (AC;FG)\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{FG} \right).

Correction
(AC;FG)=(AC;AB)+(AB;AD)+(AD;FG)\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{FG} \right)=\left(\overrightarrow{AC} ;\overrightarrow{AB} \right)+\left(\overrightarrow{AB} ;\overrightarrow{AD} \right)+\left(\overrightarrow{AD} ;\overrightarrow{FG} \right) d'après la relation de Chasles.

Or :
(AC;AB)=π4\left(\vec{AC} ;\vec{AB} \right)=-\frac{\pi }{4} d'après la question 1
(AB;AD)=π2\left(\vec{AB} ;\vec{AD} \right)=-\frac{\pi }{2} d'après la question 1
(AD;FG)=2π3\left(\vec{AD} ;\vec{FG} \right)=\frac{2\pi }{3} d'après la question 3

Il vient alors que :
(AC;FG)=(AC;AB)+(AB;AD)+(AD;FG)\left(\vec{AC} ;\vec{FG} \right)=\left(\vec{AC} ;\vec{AB} \right)+\left(\vec{AB} ;\vec{AD} \right)+\left(\vec{AD} ;\vec{FG} \right)
(AC;FG)=π4π2+2π3\left(\vec{AC} ;\vec{FG} \right)=-\frac{\pi }{4} -\frac{\pi }{2} +\frac{2\pi }{3}
(AC;FG)=3π126π12+8π12\left(\vec{AC} ;\vec{FG} \right)=-\frac{3\pi }{12} -\frac{6\pi }{12} +\frac{8\pi }{12}
(AC;FG)=π12\left(\vec{AC} ;\vec{FG} \right)=-\frac{\pi }{12}