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Direction la 11 ère spécialité - Exercice 1

20 min
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Question 1
Soit mm un réel. On considère la famille de droite dm:(2m+1)x+(3m1)y=2d_{m}: \left(2m+1\right)x+\left(3m-1\right)y=2.

Déterminer les équations cartésiennes de d0d_{0} et d1d_{1}.

Correction
Il faut dans un deuxième temps, remplacer mm par 00. Cela nous donne :
d0:(2×0+1)x+(3×01)y=2d_{0}: \left(2\times0+1\right)x+\left(3\times0-1\right)y=2 ainsi :
d0:xy=2d_{0}: x-y=2

Il faut dans un deuxième temps, remplacer mm par 11. Cela nous donne :
d1:(2×1+1)x+(3×11)y=2d_{1}: \left(2\times1+1\right)x+\left(3\times1-1\right)y=2 ainsi :
d1:3x+2y=2d_{1}: 3x+2y=2

Question 2

Les droites d0d_{0} et d1d_{1} sont-elles sécantes?

Correction
Deux droites (d1)\left(d_{1} \right) et (d2)\left(d_{2} \right) sont parallèles si leurs vecteurs directeurs respectifs sont colinéaires entre eux. Ainsi :
Soit u1(xy)\vec{u_{1} } \left(\begin{array}{c} {x} \\ {y} \end{array}\right) un vecteur de la droite (d1)\left(d_{1} \right).
Soit u2(xy)\vec{u_{2} } \left(\begin{array}{c} {x' } \\ {y'} \end{array}\right) un vecteur de la droite (d2)\left(d_{2} \right).
Les droites (d1)\left(d_{1} \right) et (d2)\left(d_{2} \right) sont parallèles si et seulement si :
xyxy=0xy'-x'y=0
Soit u0(11)\vec{u_{0} } \left(\begin{array}{c} {1} \\ {1} \end{array}\right) un vecteur de la droite (d0)\left(d_{0} \right).
Soit u1(23)\vec{u_{1} } \left(\begin{array}{c} {-2} \\ {3} \end{array}\right) un vecteur de la droite (d1)\left(d_{1} \right).
Les vecteurs u0\vec{u_{0} } et u1\vec{u_{1} } ne sont pas colinéaires car : 1×31×(2)01\times 3-1\times \left(-2\right)\ne 0.
Les droites (d0)\left(d_{0} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) ne sont donc pas parallèles. Il en résulte donc que les droites (d0)\left(d_{0} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) sont sécantes.
Question 3

Déterminer les coordonnées du point d'intersection entre les droites d0d_{0} et d1d_{1}.

Correction
Pour les coordonnées du point d'intersection entre les droites d0d_{0} et d1d_{1}, il nous suffit de résoudre le système suivant :
{xy=23x+2y=2\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {-} & {y} & {=} & {2} \\ {3x} & {+} & {2y} & {=} & {2} \end{array}\right.
Pour résoudre ce système, nous allons procéder par la méthode par substitution.
En effet :
{x=2+y3x+2y=2\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {3x} & {+} & {2y} & {=} & {2} \end{array}\right.
Nous allons maintenant remplacer x=2+yx=2+y dans la deuxième ligne du système.
On obtient :
{x=2+y3×(2+y)+2y=2\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {3\times\left(2+y\right)} & {+} & {2y} & {=} & {2} \end{array}\right.
{x=2+y6+3y+2y=2\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {6+3y+2y} & {=} & {2} \end{array}\right.
{x=2+y6+5y=2\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {6+5y} & {=} & {2} \end{array}\right.
{x=2+y5y=4\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {5y} & {=} & {-4} \end{array}\right.
{x=2+yy=45\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2+y} \\ {y} & {=} & {\frac{-4}{5}} \end{array}\right.
On remplace maintenant yy par45\frac{-4}{5} dans la 1ère équation du système, il vient alors :
{x=245y=45\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {2-\frac{4}{5}} \\ {y} & {=} & {\frac{-4}{5}} \end{array}\right.
{x=65y=45\left\{\begin{array}{ccccccc} {x} & {=} & {\frac{6}{5}} \\ {y} & {=} & {\frac{-4}{5}} \end{array}\right.
Il en résulte que les coordonnées du point d'intersection entre (d0)\left(d_{0} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) est le point que l'on note I(65;45)I\left(\frac{6}{5};\frac{-4}{5}\right).
Question 4

Toutes les droites dmd_{m} passent par un même point. Calculer les coordonnées de ce point que l'on note HH.

Correction
D'après la question précédente, on sait que les droites (d0)\left(d_{0} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) sont sécantes au point II de coordonnées (65;45)\left(\frac{6}{5};\frac{-4}{5}\right).
Vérifions si le point I(65;45)I\left(\frac{6}{5};\frac{-4}{5}\right) appartient à la droite (dm)\left(d_{m} \right).
Ainsi :
(2m+1)xI+(3m1)yI=(2m+1)×65+(3m1)×(45)\left(2m+1\right)x_{I}+\left(3m-1\right)y_{I}=\left(2m+1\right)\times\frac{6}{5}+\left(3m-1\right)\times\left(\frac{-4}{5}\right)
(2m+1)xI+(3m1)yI=125m+65125m+45\left(2m+1\right)x_{I}+\left(3m-1\right)y_{I}=\frac{12}{5} m+\frac{6}{5} -\frac{12}{5} m+\frac{4}{5}
(2m+1)xI+(3m1)yI=65+45\left(2m+1\right)x_{I}+\left(3m-1\right)y_{I}=\frac{6}{5} +\frac{4}{5}
(2m+1)xI+(3m1)yI=105\left(2m+1\right)x_{I}+\left(3m-1\right)y_{I}=\frac{10}{5}
(2m+1)xI+(3m1)yI=2\left(2m+1\right)x_{I}+\left(3m-1\right)y_{I}=2
Le point II appartient également à la droite (dm)\left(d_{m} \right).
On dit que toutes les droites dmd_{m} passent par un même point (65;45)\left(\frac{6}{5};\frac{-4}{5}\right) que l'on appelle HH. On dit alors que toutes les droites dmd_{m} sont concourantes au point H(65;45)H\left(\frac{6}{5};\frac{-4}{5}\right).