La géométrie dans l'espace et produit scalaire

Plan cartésien - Exercice 5

15 min
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On donne les points A(1;7;1)A\left(1;7;1\right), B(0;2;2)B\left(0;2;-2\right), C(2;0;8)C\left(2;0;-8\right), D(1;1;2)D\left(-1;1;2\right) et E(1;0;3)E\left(1;0;3\right)
Question 1

Démontrer que les points A,BA,B et CC définissent un plan noté (P)\left(P\right) de vecteur normal DE\overrightarrow{DE} .

Correction
 Etape 1 :\red{\text{ Etape 1 :}}
On commence par calculer les vecteurs AB\overrightarrow{AB} et AC\overrightarrow{AC} :
AB(153)\overrightarrow{AB} \left(\begin{array}{c} {-1} \\ {-5} \\ {-3} \end{array}\right) et AC(179)\overrightarrow{AC} \left(\begin{array}{c} {1} \\ {-7} \\ {-9} \end{array}\right)
Les vecteurs AB\overrightarrow{AB} et AC\overrightarrow{AC} ne sont pas colinéaires donc les points A,BA,B et CC définissent bien un plan.
 Etape 2 :\red{\text{ Etape 2 :}}
Calculons le vecteur DE\overrightarrow{DE} et si AB.DE=0\overrightarrow{AB} .\overrightarrow{DE} =0 et AC.DE=0\overrightarrow{AC} .\overrightarrow{DE} =0 alors le vecteur DE\overrightarrow{DE} est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC)\left(ABC\right), la droite (DE)\left(DE\right) est donc orthogonale à ce plan.
Autrement dit : DE\overrightarrow{DE} est un vecteur normal de (P)\left(P\right)
DE(211)\overrightarrow{DE} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {-1} \\ {1} \end{array}\right)
AB.DE=(1)×2+(5)×(1)+(3)×1=0\overrightarrow{AB} .\overrightarrow{DE} =\left(-1\right)\times 2+\left(-5\right)\times \left(-1\right)+\left(-3\right)\times 1=0
AC.DE=1×2+(7)×(1)+(9)×1=0\overrightarrow{AC} .\overrightarrow{DE} =1\times 2+\left(-7\right)\times \left(-1\right)+\left(-9\right)\times 1=0
Il en résulte que DE\overrightarrow{DE} est bien un vecteur normal de (P)\left(P\right)
Question 2

En déduire une équation cartésienne du plan (P)\left(P\right)

Correction
L'écriture cartésienne d'un plan ayant un vecteur normal n(a;b;c)\overrightarrow{n} \left(a;b;c\right) s'écrit ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0 .
Ensuite pour déterminer la valeur de dd, on utilise les coordonnées du point AA.
L'écriture générale du plan (P)\left(P\right) est de la forme ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0
Comme DE(211)\overrightarrow{DE} \left(\begin{array}{c} {2} \\ {-1} \\ {1} \end{array}\right) est un vecteur normal de (P)\left(P\right) alors on a : 2xy+z+d=02x-y+z+d=0
Le point A(1;7;1)A\left(1;7;1\right) appartient au plan (P)\left(P\right) donc :
2xAyA+zA+d=02x_{A} -y_{A} +z_{A} +d=0 équivaut successivement à
2×17+1+d=02\times 1-7+1+d=0
d=4d=4
Finalement l'écriture cartésienne du plan (P)\left(P\right) est :
2xy+z+4=02x-y+z+4=0