Géométrie vectorielle, droites et plans de l'espace

Montrer que 4 points sont coplanaires - Exercice 3

6 min
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On donne les points A(0;0;1)A\left(0;0;1\right) , B(2;1;2)B\left(2;1;2\right) , C(3;1;1)C\left(-3;1;1\right) et D(7;1;3)D\left(7;1;3\right).
Question 1

Les quatre points sont-ils coplanaires ?

Correction
Les points A,B,CA,B,C et DD sont coplanaires s'il existe deux réels aa et bb tels que : AB=aAC+bAD\overrightarrow{AB} =a\overrightarrow{AC} +b\overrightarrow{AD}
Calculons maintenant les vecteurs : AB,AC\overrightarrow{AB} ,\overrightarrow{AC} et AD\overrightarrow{AD} .
AB(211)\overrightarrow{AB} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {1} \\ {1} \end{array}\right) , AC(310)\overrightarrow{AC} \left(\begin{array}{c} {-3} \\ {1} \\ {0} \end{array}\right) et AD(712)\overrightarrow{AD} \left(\begin{array}{c} {7} \\ {1} \\ {2} \end{array}\right)
AB=aAC+bAD(211)=a(310)+b(712)\overrightarrow{AB} =a\overrightarrow{AC} +b\overrightarrow{AD} \Leftrightarrow \left(\begin{array}{c} {2} \\ {1} \\ {1} \end{array}\right)=a\left(\begin{array}{c} {-3} \\ {1} \\ {0} \end{array}\right)+b\left(\begin{array}{c} {7} \\ {1} \\ {2} \end{array}\right)
AB=aAC+bAD(211)=(3aa0)+(7bb2b)\overrightarrow{AB} =a\overrightarrow{AC} +b\overrightarrow{AD} \Leftrightarrow \left(\begin{array}{c} {2} \\ {1} \\ {1} \end{array}\right)=\left(\begin{array}{c} {-3a} \\ {a} \\ {0} \end{array}\right)+\left(\begin{array}{c} {7b} \\ {b} \\ {2b} \end{array}\right)
AB=aAC+bAD{3a+7b=2a+b=12b=1{3a+7b=2a+b=1b=12\overrightarrow{AB} =a\overrightarrow{AC} +b\overrightarrow{AD} \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{ccccc} {-3a} & {+} & {7b} & {=} & {2} \\ {a} & {+} & {b} & {=} & {1} \\ {} & {} & {2b} & {=} & {1} \end{array}\right. \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{ccccc} {-3a} & {+} & {7b} & {=} & {2} \\ {a} & {+} & {b} & {=} & {1} \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2}} \end{array}\right.
Comme b=12b=\frac{1}{2}, on substitue bb dans les deux premières lignes et l'on doit obtenir les deux mêmes valeurs pour aa .
Cela donne :
{3a+7×12=2a+12=1b=12\left\{\begin{array}{ccccc} {-3a} & {+} & {7\times \frac{1}{2} } & {=} & {2} \\ {a} & {+} & {\frac{1}{2} } & {=} & {1} \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2} } \end{array}\right.
{3a=272a=112b=12\left\{\begin{array}{ccccc} {-3a} & {} & {} & {=} & {2-\frac{7}{2} } \\ {a} & {} & {} & {=} & {1-\frac{1}{2} } \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2} } \end{array}\right.
{3a=32a=12b=12\left\{\begin{array}{ccccc} {-3a} & {} & {} & {=} & {-\frac{3}{2} } \\ {a} & {} & {} & {=} & {\frac{1}{2} } \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2} } \end{array}\right.
{a=32÷(3)a=12b=12\left\{\begin{array}{ccccc} {a} & {} & {} & {=} & {-\frac{3}{2} \div \left(-3\right)} \\ {a} & {} & {} & {=} & {\frac{1}{2} } \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2} } \end{array}\right.
{a=12a=12b=12\left\{\begin{array}{ccccc} {a} & {} & {} & {=} & {\frac{1}{2} } \\ {a} & {} & {} & {=} & {\frac{1}{2} } \\ {} & {} & {b} & {=} & {\frac{1}{2} } \end{array}\right.
Il en résulte que AB=12AC+12AD\overrightarrow{AB} =\frac{1}{2}\overrightarrow{AC} +\frac{1}{2}\overrightarrow{AD} .
Les points A,B,CA,B,C et DD sont donc coplanaires.