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Leçon 1

Rappels : équation cartésienne et vecteur directeur

Vidéo 1 : Rappels : équation cartésienne et vecteur directeur · 4 min 36 s · sous-titres en français

Le cours écrit

1.1 Trois automatismes

Pour deux points A(xA ;yA)A(x_A\,;y_A) et B(xB ;yB)B(x_B\,;y_B) :

  • le vecteur AB→\overrightarrow{AB} a pour coordonnées (xB−xA ;yB−yA)(x_B - x_A\,;y_B - y_A) ;
  • la distance ABAB vaut (xB−xA)2+(yB−yA)2\sqrt{(x_B - x_A)^2 + (y_B - y_A)^2} ;
  • le milieu de [AB][AB] a pour coordonnées (xA+xB2 ;yA+yB2)\left(\dfrac{x_A + x_B}{2}\,;\dfrac{y_A + y_B}{2}\right).

Exemple 1. Pour A(−1 ;1)A(-1\,;1) et B(3 ;4)B(3\,;4) : AB→ (4 ;3)\overrightarrow{AB}\,(4\,;3), AB=16+9=5AB = \sqrt{16 + 9} = 5, et le milieu de [AB][AB] est I(1 ;52)I\left(1\,;\dfrac52\right).

1.2 Vecteur directeur

Un vecteur directeur d'une droite dd est un vecteur non nul qui a la même direction que dd. Si AA et BB sont deux points distincts de dd, le vecteur AB→\overrightarrow{AB} dirige dd.

Une droite a une infinité de vecteurs directeurs, tous colinéaires : si u⃗\vec{u} convient, alors ku⃗k\vec{u} convient aussi pour tout réel kk non nul.

1.3 Équation cartésienne

Soit dd la droite passant par AA et dirigée par u⃗\vec{u}. Un point M(x ;y)M(x\,;y) est sur dd si et seulement si AM→\overrightarrow{AM} et u⃗\vec{u} sont colinéaires, c'est-à-dire si leur déterminant est nul.

Exemple 2. Soit dd la droite passant par A(−1 ;1)A(-1\,;1), dirigée par u⃗ (4 ;3)\vec{u}\,(4\,;3). On a AM→ (x+1 ;y−1)\overrightarrow{AM}\,(x + 1\,;y - 1). Le déterminant s'écrit 3(x+1)−4(y−1)3(x + 1) - 4(y - 1). Donc M∈d  ⟺  3(x+1)−4(y−1)=0  ⟺  3x−4y+7=0.M \in d \iff 3(x + 1) - 4(y - 1) = 0 \iff 3x - 4y + 7 = 0.

Propriété. Toute droite a une équation de la forme ax+by+c=0ax + by + c = 0, où aa et bb ne sont pas nuls tous les deux. C'est une équation cartésienne. Réciproquement, une telle équation décrit une droite, et le vecteur u⃗ (−b ;a)\vec{u}\,(-b\,;a) en est un vecteur directeur.

L'équation n'est pas unique : en multipliant tous les coefficients par un même nombre non nul, on obtient une équation de la même droite. Ainsi, 3x−4y+7=03x - 4y + 7 = 0 et 6x−8y+14=06x - 8y + 14 = 0 décrivent la même droite.

1.4 Tester un point

Un point est sur une droite si et seulement si ses coordonnées vérifient l'équation. C'est le sens même de l'expression « ensemble des points défini par une équation ».

Exemple 3. Avec d:3x−4y+7=0d : 3x - 4y + 7 = 0.

  • Pour P(3 ;4)P(3\,;4) : 3×3−4×4+7=03 \times 3 - 4 \times 4 + 7 = 0, donc P∈dP \in d.
  • Pour Q(1 ;3)Q(1\,;3) : 3−12+7=−2≠03 - 12 + 7 = -2 \neq 0, donc Q∉dQ \notin d.

1.5 Équation réduite

Si b≠0b \neq 0, on peut isoler yy. On obtient l'équation réduite y=mx+py = mx + p, où mm est le coefficient directeur et pp l'ordonnée à l'origine. Le vecteur (1 ;m)(1\,;m) dirige la droite.

Si b=0b = 0, la droite est parallèle à l'axe des ordonnées. Son équation s'écrit x=kx = k et elle n'a pas de coefficient directeur.

Exemple 4. De 3x−4y+7=03x - 4y + 7 = 0, on tire 4y=3x+74y = 3x + 7, donc y=34x+74y = \dfrac34 x + \dfrac74.

Automatisme. Avec deux points, m=yB−yAxB−xAm = \dfrac{y_B - y_A}{x_B - x_A}. Pour A(−1 ;1)A(-1\,;1) et B(3 ;4)B(3\,;4) : m=4−13−(−1)=34m = \dfrac{4 - 1}{3 - (-1)} = \dfrac34.

1.6 Tracer une droite

Deux points suffisent.

Exemple 5.

  • Pour 2x+y−4=02x + y - 4 = 0 : si x=0x = 0, alors y=4y = 4 ; si y=0y = 0, alors x=2x = 2. La droite passe par (0 ;4)(0\,;4) et (2 ;0)(2\,;0).
  • Pour y=−12x+3y = -\dfrac12 x + 3 : on part de (0 ;3)(0\,;3), on avance de 22 et on descend de 11. La droite passe aussi par (2 ;2)(2\,;2).

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Exercices 1 et 2

  • Exercice 1 : lire, écrire, tester
  • Exercice 2 : la digue

Exercices du chapitre (PDF, 153 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 161 Ko)

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