Vous avez besoin pour ce chapitre des notions :

Demandez le programme !

Le cours

Définition du produit scalaire

Quelques définitions et propriétés essentielles.

Norme d'un vecteur

Soit $\overrightarrow{u}$ un vecteur du plan et $A$ et $B$ deux points du plan tels que $\overrightarrow{u}=\overrightarrow{AB}$. On appelle norme du vecteur $\overrightarrow{u}$ la longueur du segment $[AB]$.

Notations : $||\overrightarrow{u}||= ||\overrightarrow{AB}||=AB$

Soit $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ deux vecteurs du plan. On apelle produit scalaire des vecteurs $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ le nombre réel défini comme suit :

En guise d'exemples, une vidéo d'exemples :

Pour tout vecteur $\overrightarrow{u}$, on a : $\overrightarrow{u}^2=\overrightarrow{u}.\overrightarrow{u}=||\overrightarrow{u}||^2$

Pour tous vecteurs $\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$ et $\overrightarrow{w}$ et pour tout réel $k$, on a :

Vecteurs orthogonaux

Deux vecteurs $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ sont orthogonaux si l'un d'entre eux est nul ou si leurs directions sont perpendiculaires.

Deux vecteurs $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ sont orthogonaux si et seulement si leur produit scalaire est nul.

Formule géométrique

Soit $A$, $B$ et $C$ trois points du distincts du plan deux à deux. On a la formule suivante : $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=AB \times AC\times cos(\widehat{BAC})$

Expression analytique du produit scalaire

On se place maintenant dans un plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

$(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$ est un repère orthonormé si et seulement si

Expression analytique

Soit $\overrightarrow{u}(x;y)$ et $\overrightarrow{v}(x';y')$ deux vecteurs du plan. On a la formule

$$\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=xx'+yy'$$

Soit $\overrightarrow{u}(-1;3)$ et $\overrightarrow{v}(4;0)$ deux vecteurs du plan. $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=-1\times4+3\times0=4+0=4$

Norme d'un vecteur

Soit $\overrightarrow{u}(x;y)$, on a la formule suivante :

$$||\overrightarrow{u}||=\sqrt{x²+y²}$$

Soit $\overrightarrow{u}(-1;3)$. $||\overrightarrow{u}||=\sqrt{(-1)²+3²}=\sqrt{1+9}=\sqrt{10}$

Attention à bien utiliser des parenthèses lorsque l'une des coordonnées est négative.

Vecteurs orthogonaux

Deux vecteurs $\overrightarrow{u}(x;y)$ et $\overrightarrow{v}(x';y')$ sont orthogonaux si et seulement si $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=xx'+yy'=0$

Une vidéo pour vous aider :

Projeté orthogonal

Soit la droite $(AB)$ et un point C n'appartenant pas à la droite $(AB)$. Le point $H$ est le projeté orthogonal du point $C$ sur la droite $(AB)$ si :

Soit $A$, $B$ et $C$ trois points non alignés du plan et $H$ le projeté orthogonal du point $C$ sur la droite $(AB)$.

On a dans ce cas $AH=AC \times cos(\widehat{HAC})$ que l'on peut écrire $||\overrightarrow{AH}||=||\overrightarrow{AC}|| \times cos(\overrightarrow{AH},\overrightarrow{AC})$

Théorème d'Al-Kashi

Le théorème d'Al-Kashi est la généralisation du théorème de Pythagore.

On considère le triangle $ABC$ avec les notations suivantes : $a=BC$, $b=AC$ et $c=AB$

Dans le triangle $ABC$ défini ci-dessus, on a les formules suivantes :
Si le triangle $ABC$ est rectangle en A, alors $cos(\widehat{A})=0$. On retrouve le théorème de Pythagore : $a²=b²+c²$

Les ressources et exercices

Calculatrice numworks disponible : le site numworks

Exercices méthodes

Pour les exercices 1,3 et 5 : vous pouvez regarder la vidéo de l'exemple 1.

Accès direct

Calculer $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}$ dans les cas ci-dessous :

On considère un triangle équilatéral CAT de côté 4 et I le milieu de [TA]

Une vidéo qui ne donne pas la solution mais qui aide :

On donne $||\overrightarrow{u}||=5$, $||\overrightarrow{v}||=3,5$ et $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=6$

Calculer $(\overrightarrow{u},\overrightarrow{v})$

On donne $||\overrightarrow{u}||=2$, $(\overrightarrow{u},\overrightarrow{v})=\frac{\pi}{3}$ et $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=8$

Calculer $||\overrightarrow{v}||$

On considère le plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

On considère les vecteurs : $\overrightarrow{u}(-1;3)$ et $\overrightarrow{v}(5;2)$.

Calculer $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}$

Un rappel en vidéo pour les vecteurs :

On considère le plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

On considère les points : $A(0;2)$, $B(-1;-1)$ et $C(2;-1)$.

Calculer $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$ et $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{BC}$

On considère le plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

On considère les vecteurs : $\overrightarrow{u}(-1;1)$ et $\overrightarrow{v}(2;2)$.

Les vecteurs $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ sont-ils orthogonaux ?

On considère le plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

On considère les points : $A(-1;2)$, $B(1;-1)$ et $C(2;-1)$.

Les droites $(AB)$ et $(AC)$ sont-elles perpendiculaires ?

Vous pouvez utiliser (pour vérifier) l'espace géogébra accessible ICI

On considère le plan muni d'un repère orthonormé $(O,\overrightarrow{i},\overrightarrow{j})$.

On considère les points : $A(-1;2)$, $B(1;-1)$ et $C(2;-1)$.

  1. Calculer $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$.
  2. En utilisant la formule du cours $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=AB \times AC\times cos(\widehat{BAC})$, en déduire la valeur de $cos(\widehat{BAC})$
  3. Quelle est la valeur de $\widehat{BAC}$ ?

Vous pouvez utiliser (pour vérifier) l'espace géogébra accessible ICI

La solution en vidéo

On considère le triangle $ABC$ tel que $AC=4$, $BC=6$ et $\widehat{BCA}=49°$

Ecrire les trois formules d'Al Kashi pour ce triangle.

Calculer $AB$ en utilisant une des trois formules.

La solution en vidéo

On considère le triangle $ABC$ équilatéral tel que $AC=5$

En utilisant le théorème d'Al Kashi, retrouver le fait que $\widehat{BCA}=60°$

La solution en vidéo

Espace GEOGEBRA

Pour tester vos formules analytiques :

Le produit scalaire avec sa définition analytique :

Le produit scalaire et le projeté orthogonal :

TD à télécharger

Feuille d'exercices créé à partir des "warm up". Correction à la fin de la feuille

TD construis à partir du site "chingatome" accès direct

TD avec les qrcodes de correction.

TD avec la correction

Vidéos supplémentaires

Le contrôle et sa correction en vidéo :