Équations cartésiennes d'une droite et les systèmes linéaires

Exercices types : 11ère partie - Exercice 2

30 min
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On se place dans le repère orthonormal (0;i;j)\left(0;\overrightarrow{i} ;\overrightarrow{j} \right)
On donne les points A(1;0)A\left(1;0\right), B(6;4)B\left(6;4\right) et C(8;4)C\left(8;-4\right).
Question 1

Déterminer les coordonnées du milieu KK de [AB]\left[AB\right].

Correction
Les coordonnées du milieu KK de [AB]\left[AB\right] sont : xK=xA+xB2x_{K} =\frac{x_{A} +x_{B} }{2} et yK=yA+yB2y_{K} =\frac{y_{A} +y_{B} }{2} .
Soit xK=72x_{K} =\frac{7}{2} et yK=2y_{K} =2.
Les coordonnées de KK sont alors K(72;2)K\left(\frac{7}{2} ;2\right).
Question 2

Déterminer un vecteur directeur de la médiane (d1)\left(d_{1} \right) du triangle ABCABC passant par CC.

Correction
La médiane du triangle ABCABC passant par CC correspond à la droite (KC)\left(KC\right).
Ainsi un vecteur directeur de la médiane (d1)\left(d_{1} \right) du triangle ABCABC passant par CC est le vecteur KC\overrightarrow{KC} .
Soit KC(xCxKyCyK)\overrightarrow{KC} \left(\begin{array}{c} {x_{C} -x_{K} } \\ {y_{C} -y_{K} } \end{array}\right) c'est-à-dire : KC(926)\overrightarrow{KC} \left(\begin{array}{c} {\frac{9}{2} } \\ {-6} \end{array}\right)
Question 3

Déterminer une équation de cette médiane.

Correction
KC(926)\overrightarrow{KC} \left(\begin{array}{c} {\frac{9}{2} } \\ {-6} \end{array}\right) étant un vecteur directeur de la droite (d1)\left(d_{1} \right), on en déduit que : b=92b=-\frac{9}{2} et a=6a=-6.
Ainsi, on a : 6x92y+c=0-6x-\frac{9}{2} y+c=0.
Or le point C(8;4)C\left(8;-4\right) appartient à la droite (d1)\left(d_{1} \right), donc les coordonnées du point C(8;4)C\left(8;-4\right) vérifie 6x92y+c=0-6x-\frac{9}{2} y+c=0.
Il vient alors que :
6xC92yC+c=0-6x_{C} -\frac{9}{2} y_{C} +c=0
6×892×(4)+c=0-6\times 8-\frac{9}{2} \times \left(-4\right)+c=0
48+18+c=0-48+18+c=0
30+c=0-30+c=0
c=30c=30
L'équation cartésienne de la médiane (d1)\left(d_{1} \right) du triangle ABCABC passant par CC est :
6x92y+30=0-6x-\frac{9}{2} y+30=0
Question 4

Déterminer une équation de la médiane (d2)\left(d_{2} \right) du triangle ABCABC passant par AA.

Correction
Les coordonnées du milieu II de [BC]\left[BC\right] sont : xI=xB+xC2x_{I} =\frac{x_{B} +x_{C} }{2} et yI=yB+yC2y_{I} =\frac{y_{B} +y_{C} }{2} .
Soit xI=7x_{I} =7 et yI=0y_{I} =0.
Les coordonnées de II sont alors I(7;0)I\left(7;0\right).
La médiane du triangle ABCABC passant par AA correspond à la droite (AI)\left(AI\right).
Ainsi un vecteur directeur de la médiane (d2)\left(d_{2} \right) du triangle ABCABC passant par AA est le vecteur AI\vec{AI} .
Soit AI(xIxAyIyA)\overrightarrow{AI} \left(\begin{array}{c} {x_{I} -x_{A} } \\ {y_{I} -y_{A} } \end{array}\right) c'est-à-dire : AI(60)\overrightarrow{AI} \left(\begin{array}{c} {6} \\ {0} \end{array}\right)
AI(60)\overrightarrow{AI} \left(\begin{array}{c} {6} \\ {0} \end{array}\right) étant un vecteur directeur de la droite (d2)\left(d_{2} \right), on en déduit que : b=6b=-6 et a=0a=0.
Ainsi , on a : 6y+c=0-6y+c=0.
Or le point I(7;0)I\left(7;0\right) appartient à la droite (d2)\left(d_{2} \right), donc les coordonnées du point I(7;0)I\left(7;0\right) vérifie 6y+c=0-6y+c=0.
Il vient alors que :
6yI+c=0-6y_{I} +c=0
6×0+c=0-6\times 0+c=0
c=0c=0
L'équation cartésienne de la médiane (d2)\left(d_{2} \right) du triangle ABCABC passant par AA est : 6y=0-6y=0 c'est-à-dire y=0y=0
Question 5

Déduire des questions précédentes, les coordonnées du centre de gravité de ce triangle.

Correction
Le centre de gravité d'un triangle est l'intersection des médianes.
On cherche alors les coordonnées du point d'intersection de (d1)\left(d_{1} \right) et (d2)\left(d_{2} \right).
Il faut donc résoudre le système suivant :
{6x92y+30=0y=0\left\{\begin{array}{ccccccc} {-6x} & {-} & {\frac{9}{2} y} & {+} & {30} & {=} & {0} \\ {} & {} & {y} & {} & {} & {=} & {0} \end{array}\right.
On remplace dans la 11ère ligne la valeur de y=0y=0.
Il vient alors que :
{6x92×0+30=0y=0\left\{\begin{array}{ccccccc} {-6x} & {-} & {\frac{9}{2} \times 0} & {+} & {30} & {=} & {0} \\ {} & {} & {y} & {} & {} & {=} & {0} \end{array}\right.
{6x+30=0y=0\left\{\begin{array}{ccc} {-6x+30} & {=} & {0} \\ {y} & {=} & {0} \end{array}\right.
{x=5y=0\left\{\begin{array}{ccc} {x} & {=} & {5} \\ {y} & {=} & {0} \end{array}\right.
Les coordonnées du centre de gravité de ce triangle sont alors : (5;0)\left(5;0\right)