On connaît l'équation de la droite Soit ( O , ı → , ȷ → ) un repère du plan et une droite d'équation a x + b y = c , où , et sont des nombres réels donnés. Alors les vecteurs u → ( − b a ) et u ′ → ( b − a ) et tout vecteur qui leur est colinéaire, sont des vecteurs directeurs de la droite .
Le vecteur directeur d'une droite est un vecteur non nul parallèle à la droite. Afin de trouver le vecteur directeur, ⃑ 𝑑 , de la droite passant par les points 𝐴 et 𝐵 , on remarque que cette droite doit avoir la même direction que le vecteur allant de 𝐴 à 𝐵 .
On appelle vecteur normal de la droite (D) tout vecteur (non nul) orthogonal à un vecteur directeur de la droite. Si l'équation cartésienne de (D) est ax+by+c=0, alors un vecteur normal de (D) est le vecteur de coordonnées (a,b).
On appelle vecteur directeur de (D) tout vecteur non nul colinéaire à . Autrement dit, le vecteur donne la direction de la droite (D). Remarques : Tous les vecteurs colinéaires non nuls à sont aussi vecteurs directeurs de (D) : il existe donc une infinité de vecteurs directeurs d'une droite, tous colinéaires entre eux.
On peut trouver la même équation en décomposant 𝐴 𝑀 comme 𝐴 𝑂 + 𝑂 𝑀 et en utilisant le vecteur position de 𝑀 , ⃑ 𝑟 = 𝑂 𝑀 , et celui de 𝐴 , ⃑ 𝐴 = 𝑂 𝐴 ; on trouve alors que 𝐴 𝑀 = ⃑ 𝑟 − ⃑ 𝐴 = 𝑡 ⃑ 𝑑 , c'est-à-dire ⃑ 𝑟 = ⃑ 𝐴 + 𝑡 ⃑ 𝑑 : il s'agit de l'équation de la droite sous forme vectorielle.
On cherche les coordonnées de deux points distincts A ( x A ; y A ) et B ( x B ; y B ) de la droite d . On sait alors que A B → est un vecteur directeur de d . Montrons que u → et A B → sont colinéaires. On sait que A B → ( x B − x A y B − y A ) et u → ( − b a ) .
On considère la droite (D) d'équation cartésienne 2x – 3y + 1 = 0. Déterminer un vecteur directeur de (D). 2x – 3y + 1 = 0 est de la forme ax +by + c = 0 avec a = 2; b = –3 et c =1. La propriété ci-dessus permet donc d'affirmer que le vecteur est vecteur directeur de (D).
On rappelle que deux droites sont parallèles si elles ont le même vecteur directeur. Comme les deux droites sont parallèles, elles ont le même vecteur directeur. On peut donc utiliser le vecteur directeur de la droite donnée pour ⃑ 𝑑 dans l'équation vectorielle de la droite recherchée.
Pour calculer la norme d'un vecteur, il faut utiliser la formule ‖ v → ‖ = v x 2 + v y 2 . Pour calculer les coordonnées d'un vecteur, nous utilisons la formule A B → = ( x B − x A y B − y A ) . Pour maîtriser le calcul vectoriel, il convient de faire de nombreux exercices.
Vecteur directeur :
Le vecteur directeur d'une droite n'est pas unique : deux points quelconques de la droite peuvent définir un vecteur directeur. Si on a deux vecteurs ⃗ u et ⃗ v directeurs de la droite (d), alors ⃗ u et ⃗ v sont colinéaires et on a ⃗ ⃗ det(u ,v )=0.
Une équation cartésienne de droite est une équation de la forme ax+by+c=0. Remarque : Il existe une infinité d'équations cartésiennes d'une même droite. Propriété : Si une droite a pour équation cartésienne ax+by+c=0 alors un vecteur directeur de cette droite a pour coordonnées (−b;a).
Une droite de l'espace peut donc être représentée par un système de deux équations linéaires composé des équations cartésiennes de deux plans sécants selon cette droite (Remarque : ce système n'est pas unique). Exemple : Soit P : x + 2y + 3z + 4 = 0 et Q : 5x + 6y + 7z + 8 = 0.
Pour cela, on pense à utiliser →n un vecteur normal du plan et →u un vecteur directeur de la droite . Si →n⋅→u=0 alors la droite est parallèle au plan. Si →n⋅→u≠0 alors la droite est sécante au plan. Si →n et →u sont colinéaires alors la droite est perpendiculaire au plan.
Les vecteurs directeurs permettent d'étudier le parallélisme de deux droites. Théorème : Deux droites sont parallèles si, et seulement si, leurs vecteurs directeurs sont colinéaires. Il existe beaucoup de couples de vecteurs directeurs du plan.
La norme d'un vecteur correspond à sa longueur, c'est-à-dire à la distance qui sépare les deux points qui définissent le vecteur.
Méthode 1: on cherche 2 droites sécantes de P1 qui soient parallèles à 2 droites de P2. Méthode 2: Pour savoir si les plans P1(A;→u;→v) et P2(B;→u′;→v′) sont parallèles: on regarde si →u, →v et →u′ sont coplanaires puis si →u, →v et →v′ sont coplanaires.
Tout vecteur peut être exprimé sous la forme 𝑥 ⃑ 𝑖 + 𝑦 ⃑ 𝑗 + 𝑧 ⃑ 𝑘 . On peut, alternativement, l'écrire sous forme de composantes comme suit : ( 𝑥 , 𝑦 , 𝑧 ) et 𝑥 𝑦 𝑧 .
Le déterminant de u et v est le réel det(u ;v )=xy′−yx′. Propriété : Deux vecteurs sont colinéaires si, et seulement si, leur déterminant est nul. Le déterminant de u (−3 ;9) et v (1 ;−3) est det(u ;v )=(−3)×(−3)−9×1=0.
Un vecteur u → = A B → est représenté par une flèche. Le point initial s'appelle l'origine du vecteur. Le point final s'appelle l'extrémité du vecteur. Le nom du vecteur est noté (ou non) au dessus de la flèche qui représente le vecteur.
Critère des pentes
Deux droites sont perpendiculaires si et seulement si le produit de leurs pentes est égal à -1.
L'identification de droites sécantes
À l'aide des équations, on reconnait deux droites sécantes lorsque leur pente est différente (car ce sont des droites qui ne sont pas parallèles). Les équations y=2x+3 y = 2 x + 3 et y=5x+1 y = 5 x + 1 sont sécantes puisque leur pente est différente.
Avec des vecteurs directeurs de chaque droite
Deux droites \left(d\right) et \left(d'\right) sont parallèles si et seulement si leurs vecteurs directeurs sont colinéaires. Soient \left(d\right) et \left(d'\right) les droites d'équations cartésiennes respectives 5x+2y+1=0 et -15x-6y+7=0.
Pour montrer qu'une droite (d) est orthogonale à un plan (P), il suffit de montrer qu'un vecteur directeur de (d) est colinéaire à un vecteur normal de (P). Et réciproquement : Si (d) est orthogonale à (P) alors : tout vecteur directeur de (d) est colinéaire à un vecteur normal de (P).
L'équation cartésienne d'un plan est du type ax + by + cz + d = 0 avec (a ;b ;c) les coordonnées d'un vecteur normal du plan . On procède en deux étapes : D'abord déterminer un vecteur normal au plan Ensuite déterminer d . une valeur pour cette variable et on en déduit les deux autres .
Position relative de 2 droites de l'espace
Si 2 droites ont aucun point d'intersection: elles sont soit coplanaires et parallèles ou non coplanaires. Si 2 droites ont au moins 1 point d'intersection: elles sont coplanaires. Si 2 droites ont au moins 2 points d'intersection: elles sont confondues.