Angles orientés

Sous forme de petits problèmes - Exercice 2

25 min
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ABCDABCD est un carré et BECBEC un triangle équilatéral, orientés dans le sens direct, dont les représentations graphiques sont données ci-dessous:
Déterminer la mesure principale des angles orientés suivants :
Question 1

(HA;DB)\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)

Correction
Les vecteurs HA\overrightarrow{HA} et DH\overrightarrow{DH} sont égaux. On peut donc écrire que :
(HA;DB)=(DH;DB)\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)=\left(\overrightarrow{DH} ;\overrightarrow{DB} \right). Or les vecteurs DH\overrightarrow{DH} et DB\overrightarrow{DB} ont la même origine, on peut lire alors que :
(HA;DB)=π4\left(\overrightarrow{HA} ;\overrightarrow{DB} \right)=-\frac{\pi }{4}
. Ici l'angle (DH;DB)\left(\overrightarrow{DH} ;\overrightarrow{DB} \right) est dans le sens indirect.
Question 2

(JB;DI)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)

Correction
Soient les vecteurs u\overrightarrow{u} et v\overrightarrow{v} on a alors :
(u;v)=(u;v)+π\left(-\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\pi
Les vecteurs DI\overrightarrow{DI} et FJ\overrightarrow{FJ} sont égaux. On peut donc écrire que :
(JB;DI)=(JB;FJ)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{FJ} \right)
(JB;DI)=(JB;JF)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;-\overrightarrow{JF} \right)
(JB;DI)=(JB;JF)+π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{JF} \right)+\pi . On a utilisé le rappel. Ici l'angle orienté (JB;JF)\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{JF} \right) est dans le sens direct.
(JB;DI)=π2+π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{\pi }{2} +\pi
(JB;DI)=3π2\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{3\pi }{2}. Ce n'est pas une mesure principale, on va donc retrancher 2π2\pi.
(JB;DI)=3π22π\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=\frac{3\pi }{2}-2\pi
Ainsi :
(JB;DI)=π2\left(\overrightarrow{JB} ;\overrightarrow{DI} \right)=-\frac{\pi }{2}
.
Question 3

(CB;HA)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{HA} \right)

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
Les vecteurs CB\overrightarrow{CB} et HA\overrightarrow{HA} sont colinéaires et de même sens. Ainsi :
(CB;HA)=0\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{HA} \right)=0
.
Question 4

(AG;JH)\left(\overrightarrow{AG} ;\overrightarrow{JH} \right)

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
Les vecteurs AG\overrightarrow{AG} et JH\overrightarrow{JH} sont colinéaires et de sens opposés. Ainsi :
(AG;JH)=π\left(\overrightarrow{AG} ;\overrightarrow{JH} \right)=\pi
.
Question 5

(CB;EC)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)

Correction
Soient les vecteurs u\overrightarrow{u} et v\overrightarrow{v} on a alors :
(u;v)=(u;v)+π\left(\overrightarrow{u} ;-\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\pi
On a :
(CB;EC)=(CB;CE)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\left(\overrightarrow{CB} ;-\overrightarrow{CE} \right)
(CB;EC)=(CB;CE)+π\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CE} \right)+\pi . Ici l'angle (CB;CE)\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{CE} \right) est dans le sens indirect.
(CB;EC)=π3+π\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=-\frac{\pi }{3} +\pi
Ainsi :
(CB;EC)=2π3\left(\overrightarrow{CB} ;\overrightarrow{EC} \right)=\frac{2\pi }{3}
.
Question 6

(CE;BE)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)

Correction
Soient les vecteurs u\overrightarrow{u} et v\overrightarrow{v} on a alors :
(u;v)=(u;v)\left(-\overrightarrow{u} ;-\overrightarrow{v} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)
On a :
(CE;BE)=(EC;EB)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(-\overrightarrow{EC} ;-\overrightarrow{EB} \right)
(CE;BE)=(EC;EB)\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{EC} ;\overrightarrow{EB} \right) . Ici l'angle (EC;EB)\left(\overrightarrow{EC} ;\overrightarrow{EB} \right) est dans le sens indirect.
Ainsi :
(CE;BE)=π3\left(\overrightarrow{CE} ;\overrightarrow{BE} \right)=-\frac{\pi }{3}
.
Question 7

(FA;BE)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)

Correction
Soient les vecteurs u\overrightarrow{u} , v\overrightarrow{v} et w\overrightarrow{w} on a alors : (u;v)+(v;w)=(u;w)\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{v} \right)+\left(\overrightarrow{v} ;\overrightarrow{w} \right)=\left(\overrightarrow{u} ;\overrightarrow{w} \right).
Il s'agit de la relation de Chasles.
A l'aide de la relation de Chasles, on peut écrire que :
(FA;BE)=(FA;FB)+(FB;BJ)+(BJ;BE)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(\overrightarrow{FB} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
(FA;BE)=(FA;FB)+(BF;BJ)+(BJ;BE)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(-\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
(FA;BE)=(FA;FB)+(BF;BJ)+π+(BJ;BE)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)+\left(\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)+\pi+\left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)
Or, d'après la représentation graphique, on peut lire que :
(FA;FB)=(FA;FG)+(FG;FB)\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FG} \right)+\left(\overrightarrow{FG} ;\overrightarrow{FB} \right)
(FA;FB)=π4+π4\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\frac{-\pi }{4} +\frac{-\pi }{4}
(FA;FB)=π2\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{FB} \right)=\frac{-\pi }{2}
De plus : (BF;BJ)=π4\left(\overrightarrow{BF} ;\overrightarrow{BJ} \right)=\frac{\pi }{4}
Et enfin :(BJ;BE)=π3 \left(\overrightarrow{BJ} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{\pi }{3}
Il en résulte que :
(FA;BE)=π2+π4+π+π3\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{-\pi }{2}+\frac{\pi }{4}+\pi+\frac{\pi }{3}
(FA;BE)=13π12\left(\overrightarrow{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{13\pi }{12}. Ce n'est pas une mesure principale, on va retrancher 2π2\pi , cela nous donne donc :
(FA;BE)=13π122π\left(\vec{FA} ;\overrightarrow{BE} \right)=\frac{13\pi }{12}-2\pi
(FA;BE)=11π12\left(\vec{FA} ;\vec{BE} \right)=-\frac{11\pi }{12}
(FA;BE)=11π12\left(\vec{FA} ;\vec{BE} \right)=-\frac{11\pi }{12}
.