Plan, produit scalaire, orthogonalité et distance dans l'espace

Déterminer l'intersection entre une droite et un plan - Exercice 2

10 min
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Question 1
Dans l'espace muni d'un repère (0;i;j;k)\left(0;\overrightarrow{i} ;\overrightarrow{j} ;\overrightarrow{k} \right), on considère le plan (P1)\left(P_{1} \right) et la droite (d1)\left(d_{1} \right) admettant pour équations respectives :
(P1):2x+2yz+1=0\left(P_{1} \right):2x+2y-z+1=0 et (d1):{x=2t2y=3tz=11t+3\left(d_{1} \right):\left\{\begin{array}{ccc} {x} & {=} & {2t-2} \\ {y} & {=} & {3t} \\ {z} & {=} & {11t+3} \end{array}\right. tt\in R\mathbb{R}

(P1)\left(P_{1} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) sont-ils sécants ?
Si oui, déterminer les coordonnées du ou des points d'intersections ?

Correction
Etape 1
Commencer par vérifier si le plan et la droite ne sont pas parallèles, par conséquent le plan et la droite sont sécants.
Etape 2
Il faut résoudre le système constitué de l'écriture paramétrique de la droite (d1)\left(d_{1} \right) et du plan (P)\left(P \right) pour déterminer la valeur de tt.
Ensuite, on substitue la valeur tt dans la droite (d1)\left(d_{1} \right) pour obtenir les coordonnées du point d'intersection entre le plan et la droite.
 Etape 1 :\red{\text{ Etape 1 :}}
Soient : n1(221)\overrightarrow{n_{1}} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {2} \\ {-1} \end{array}\right) un vecteur normal du plan (P1)\left(P_{1} \right) et u1(2311)\overrightarrow{u_{1} } \left(\begin{array}{c} {2} \\ {3} \\ {11} \end{array}\right) un vecteur directeur de (d1)\left(d_{1} \right)
n1u1=2×2+2×3+(1)×110\overrightarrow{n_{1} } \cdot\overrightarrow{u_{1} } =2\times 2+2\times 3+\left(-1\right)\times 11\ne 0 .
(P1)\left(P_{1} \right) et (d1)\left(d_{1} \right) ne sont pas parallèles, par conséquent ils sont sécants.
 Etape 2 : Cherchons le point d’intersection entre le plan et la droite aˋ l’aide du systeˋme .\red{\text{ Etape 2 : Cherchons le point d'intersection entre le plan et la droite à l'aide du système .}}
(P1d1){2x+2yz+1=0x=2t2y=3tz=11t+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {2x+2y-z+1=0} \\ {x=2t-2} \\ {y=3t} \\ {z=11t+3} \end{array}\right. tRt \in \mathbb{R}
On remplace la valeur de x,yx,y et zz dans le plan (P1)\left(P_{1} \right)
(P1d1){2(2t2)+2×3t(11t+3)+1=0x=2t2y=3tz=11t+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {2\left(2t-2\right)+2\times 3t-\left(11t+3\right)+1=0} \\ {x=2t-2} \\ {y=3t} \\ {z=11t+3} \end{array}\right. tRt \in \mathbb{R} équivaut successivement à
(P1d1){4t4+6t11t3+1=0x=2t2y=3tz=11t+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {4t-4+6t-11t-3+1=0} \\ {x=2t-2} \\ {y=3t} \\ {z=11t+3} \end{array}\right. tRt \in \mathbb{R}
(P1d1){t6=0x=2t2y=3tz=11t+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {-t-6=0} \\ {x=2t-2} \\ {y=3t} \\ {z=11t+3} \end{array}\right. tRt \in \mathbb{R}
Ainsi : (P1d1){t=6x=2t2y=3tz=11t+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {t=-6} \\ {x=2t-2} \\ {y=3t} \\ {z=11t+3} \end{array}\right. tRt \in \mathbb{R}
Maintenant que nous avons la valeur de tt, on peut obtenir les valeurs de x,yx,y et zz .
(P1d1){t=6x=2×(6)2y=3×(6)z=11×(6)+3\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {t=-6} \\ {x=2\times\left(-6\right)-2} \\ {y=3\times\left(-6\right)} \\ {z=11\times\left(-6\right)+3} \end{array}\right.
Il en résulte que (P1d1){t=6x=14y=18z=63\left(P_{1} \cap d_{1} \right)\Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {t=-6} \\ {x=-14} \\ {y=-18} \\ {z=-63} \end{array}\right.
Les coordonnées du point d'intersection entre la droite et le plan est le point (14;18;63)\left(-14;-18;-63\right)