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Chapitre 6 — Droites dans le plan

Semestre 1

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Cours

Plan du chapitre. I. Repère et coordonnées — II. Colinéarité de deux vecteurs — III. Équation cartésienne d’une droite — IV. Représentation paramétrique d’une droite — V. Positions relatives de deux droites.

Dans tout le chapitre, le plan est rapporté à un repère (O;ı⃗;ȷ⃗)(O;\vec\imath;\vec\jmath).

I. Repère et coordonnées

1. Coordonnées d’un point, d’un vecteur

Définition 1

On considère un point OO et deux vecteurs non colinéaires ı⃗\vec\imath et ȷ⃗\vec\jmath ; le triplet (O;ı⃗;ȷ⃗)(O;\vec\imath;\vec\jmath) est un repère du plan.

  • Pour tout vecteur u⃗\vec u, il existe un unique couple de réels (x;y)(x;y) tel que u⃗=xı⃗+yȷ⃗\vec u=x\vec\imath+y\vec\jmath : ce sont les coordonnées de u⃗\vec u, notées u⃗(x;y)\vec u(x;y).
  • Les coordonnées d’un point MM sont celles du vecteur OM→\overrightarrow{OM} ; on note M(x;y)M(x;y).

Remarque

Si ı⃗\vec\imath et ȷ⃗\vec\jmath sont orthogonaux et de norme 11, le repère est dit orthonormé.

2. Calculs sur les coordonnées

Propriété 1

On considère deux points A(xA;yA)A(x_A;y_A) et B(xB;yB)B(x_B;y_B), deux vecteurs u⃗(x;y)\vec u(x;y) et v⃗(x′;y′)\vec v(x';y') et un réel kk.

  • u⃗=v⃗\vec u=\vec v si et seulement si x=x′x=x' et y=y′y=y'.
  • u⃗+v⃗ (x+x′;y+y′)\vec u+\vec v\,(x+x';y+y') et ku⃗ (kx;ky)k\vec u\,(kx;ky).
  • AB→ (xB−xA;yB−yA)\overrightarrow{AB}\,(x_B-x_A;y_B-y_A).
  • Le milieu II de [AB][AB] a pour coordonnées (xA+xB2;yA+yB2)\left(\dfrac{x_A+x_B}2;\dfrac{y_A+y_B}2\right).
  • Si le repère est orthonormé : AB=(xB−xA)2+(yB−yA)2AB=\sqrt{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2}.

Exemple 1

On considère les points A(1;−2)A(1;-2), B(4;2)B(4;2) et C(−1;3)C(-1;3). Calculer les coordonnées de AB→\overrightarrow{AB}, de w⃗=2AB→−AC→\vec w=2\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AC}, du milieu II de [BC][BC], puis, le repère étant orthonormé, la distance ABAB.

Voir la solution

AB→(3;4)\overrightarrow{AB}(3;4) et AC→(−2;5)\overrightarrow{AC}(-2;5), donc w⃗(6+2;8−5)=w⃗(8;3)\vec w(6+2;8-5)=\vec w(8;3).  I(32;52)\ I\left(\dfrac32;\dfrac52\right).  AB=9+16=5\ AB=\sqrt{9+16}=5.

II. Colinéarité de deux vecteurs

1. Déterminant de deux vecteurs

Définition 2

On considère deux vecteurs u⃗(x;y)\vec u(x;y) et v⃗(x′;y′)\vec v(x';y'). Le déterminant de u⃗\vec u et v⃗\vec v est le réel det⁡(u⃗;v⃗)=∣xx′yy′∣=xy′−x′y.\det(\vec u;\vec v)=\begin{vmatrix}x&x'\\y&y'\end{vmatrix}=xy'-x'y.

2. Condition de colinéarité

Propriété 2

Deux vecteurs u⃗\vec u et v⃗\vec v sont colinéaires si et seulement si det⁡(u⃗;v⃗)=0\det(\vec u;\vec v)=0.

Exemple 2

Les vecteurs u⃗(6;−4)\vec u(6;-4) et v⃗(−9;6)\vec v(-9;6) sont-ils colinéaires ?

Voir la solution

u⃗(6;−4)\vec u(6;-4) et v⃗(−9;6)\vec v(-9;6) : det⁡(u⃗;v⃗)=6×6−(−9)×(−4)=36−36=0\det(\vec u;\vec v)=6\times6-(-9)\times(-4)=36-36=0, donc u⃗\vec u et v⃗\vec v sont colinéaires (en effet v⃗=−32u⃗\vec v=-\tfrac32\vec u).

3. Applications : alignement et parallélisme

Propriété 3

  • Trois points AA, BB, CC sont alignés si et seulement si det⁡(AB→;AC→)=0\det\big(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\big)=0.
  • Les droites (AB)(AB) et (CD)(CD) sont parallèles si et seulement si det⁡(AB→;CD→)=0\det\big(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{CD}\big)=0.

Application 1

On considère les points A(−1;2)A(-1;2), B(2;3)B(2;3) et C(m;5)C(m;5), où mm est un réel. Déterminer mm pour que AA, BB et CC soient alignés.

Voir la solution

AB→(3;1)\overrightarrow{AB}(3;1) et AC→(m+1;3)\overrightarrow{AC}(m+1;3).  det⁡(AB→;AC→)=3×3−(m+1)×1=8−m\ \det\big(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\big)=3\times3-(m+1)\times1=8-m. Les points sont alignés si et seulement si 8−m=08-m=0, soit m=8m=8.

III. Équation cartésienne d’une droite

1. Vecteur directeur

Définition 3

On considère une droite (D)(D) et deux points distincts AA et BB de (D)(D). Tout vecteur non nul colinéaire à AB→\overrightarrow{AB} est un vecteur directeur de (D)(D).

Propriété 4

On considère un point AA et un vecteur non nul u⃗\vec u. La droite (D)(D) passant par AA et de vecteur directeur u⃗\vec u est l’ensemble des points MM tels que AM→\overrightarrow{AM} et u⃗\vec u soient colinéaires : M∈(D)  ⟺  det⁡(AM→;u⃗)=0.M\in(D)\iff\det\big(\overrightarrow{AM};\vec u\big)=0.

Figure

2. Équation cartésienne

Propriété 5

  • Toute droite admet une équation de la forme ax+by+c=0ax+by+c=0, où aa, bb, cc sont des réels avec (a;b)≠(0;0)(a;b)\neq(0;0) : c’est une équation cartésienne de la droite.
  • Réciproquement, si (a;b)≠(0;0)(a;b)\neq(0;0), l’ensemble des points M(x;y)M(x;y) tels que ax+by+c=0ax+by+c=0 est une droite, de vecteur directeur u⃗(−b;a)\vec u(-b;a).

Exemple 3

Déterminer une équation cartésienne de la droite (D)(D) passant par A(1;1)A(1;1) et de vecteur directeur u⃗(2;1)\vec u(2;1).

Voir la solution

Pour tout point M(x;y)M(x;y) : AM→(x−1;y−1)\overrightarrow{AM}(x-1;y-1) et M∈(D)  ⟺  ∣x−12y−11∣=0  ⟺  (x−1)−2(y−1)=0  ⟺  x−2y+1=0.M\in(D)\iff\begin{vmatrix}x-1&2\\y-1&1\end{vmatrix}=0\iff(x-1)-2(y-1)=0\iff x-2y+1=0.

3. Équation réduite

Propriété 6

  • Toute droite non parallèle à l’axe des ordonnées a une équation de la forme y=mx+py=mx+p : c’est son équation réduite ; mm est le coefficient directeur (ou pente) et u⃗(1;m)\vec u(1;m) est un vecteur directeur.
  • Toute droite parallèle à l’axe des ordonnées a une équation de la forme x=kx=k.

Exemple 4

Déterminer l’équation réduite et le coefficient directeur de la droite d’équation x−2y+1=0x-2y+1=0.

Voir la solution

La droite d’équation x−2y+1=0x-2y+1=0 a pour équation réduite y=12x+12y=\dfrac12x+\dfrac12 ; son coefficient directeur est 12\dfrac12.

IV. Représentation paramétrique d’une droite

1. Définition

Propriété 7

On considère la droite (D)(D) passant par A(xA;yA)A(x_A;y_A) et de vecteur directeur u⃗(α;β)\vec u(\alpha;\beta). Un point M(x;y)M(x;y) appartient à (D)(D) si et seulement s’il existe un réel tt tel que AM→=t u⃗\overrightarrow{AM}=t\,\vec u, c’est-à-dire {x=xA+αty=yA+βt(t∈R).\begin{cases}x=x_A+\alpha t\\ y=y_A+\beta t\end{cases}\qquad(t\in\mathbb{R}). Ce système est une représentation paramétrique de (D)(D).

Exemple 5

Déterminer un vecteur directeur et une représentation paramétrique de la droite passant par A(2;−1)A(2;-1) et B(5;1)B(5;1). Le point C(8;3)C(8;3) appartient-il à (AB)(AB) ?

Voir la solution

La droite passant par A(2;−1)A(2;-1) et B(5;1)B(5;1) a pour vecteur directeur AB→(3;2)\overrightarrow{AB}(3;2) et pour représentation paramétrique {x=2+3ty=−1+2t\begin{cases}x=2+3t\\ y=-1+2t\end{cases} (t∈R)(t\in\mathbb{R}).

Le point C(8;3)C(8;3) appartient-il à (AB)(AB) ? On cherche tt : 8=2+3t8=2+3t donne t=2t=2, et alors −1+2×2=3-1+2\times2=3 : oui, C∈(AB)C\in(AB).

2. Passage d’une écriture à l’autre

Méthode

  • Représentation paramétrique vers équation cartésienne : on lit un point AA et un vecteur directeur u⃗\vec u, puis on écrit det⁡(AM→;u⃗)=0\det\big(\overrightarrow{AM};\vec u\big)=0 (ou on élimine tt).
  • Équation cartésienne vers représentation paramétrique : on cherche un point de la droite et le vecteur directeur u⃗(−b;a)\vec u(-b;a).

Application 2

  1. Déterminer une équation cartésienne de la droite (Δ)(\Delta) : {x=1−ty=3+2t\begin{cases}x=1-t\\ y=3+2t\end{cases} (t∈R)(t\in\mathbb{R}).
  2. Déterminer une représentation paramétrique de la droite (L)(L) : 3x−y+2=03x-y+2=0.
Voir la solution
  1. (Δ)(\Delta) passe par A(1;3)A(1;3), de vecteur directeur u⃗(−1;2)\vec u(-1;2). M(x;y)∈(Δ)  ⟺  2(x−1)+(y−3)=0  ⟺  2x+y−5=0M(x;y)\in(\Delta)\iff2(x-1)+(y-3)=0\iff2x+y-5=0.
  2. B(0;2)∈(L)B(0;2)\in(L) et v⃗(1;3)\vec v(1;3) dirige (L)(L) : {x=ty=2+3t\begin{cases}x=t\\ y=2+3t\end{cases} (t∈R)(t\in\mathbb{R}).

V. Positions relatives de deux droites

1. Droites parallèles

Propriété 8

On considère deux droites (D)(D) et (D′)(D') de vecteurs directeurs respectifs u⃗\vec u et u⃗′\vec u'.

  • (D)∥(D′)(D)\parallel(D') si et seulement si det⁡(u⃗;u⃗′)=0\det(\vec u;\vec u')=0.
  • Si (D):ax+by+c=0(D):ax+by+c=0 et (D′):a′x+b′y+c′=0(D'):a'x+b'y+c'=0, alors (D)∥(D′)  ⟺  ab′−a′b=0(D)\parallel(D')\iff ab'-a'b=0.
  • Deux droites parallèles ayant un point commun sont confondues ; sinon elles sont strictement parallèles.

2. Droites sécantes

Propriété 9

Si det⁡(u⃗;u⃗′)≠0\det(\vec u;\vec u')\neq0, les droites (D)(D) et (D′)(D') sont sécantes en un unique point, dont les coordonnées vérifient les équations des deux droites.

Exemple 6

Étudier la position relative de (D):2x+y−4=0(D):2x+y-4=0 et (D′):x−y+1=0(D'):x-y+1=0.

Voir la solution

2×(−1)−1×1=−3≠02\times(-1)-1\times1=-3\neq0 : les droites sont sécantes. Un point M(x;y)M(x;y) commun vérifie y=x+1y=x+1 (équation de (D′)(D')) et, en remplaçant dans l’équation de (D)(D) : 2x+x+1−4=02x+x+1-4=0, soit x=1x=1, puis y=2y=2. Le point d’intersection est E(1;2)E(1;2).

Application 3

Étudier la position relative de (D):x+3y−5=0(D):x+3y-5=0 et de (Δ):{x=1+ty=2−t(\Delta):\begin{cases}x=1+t\\ y=2-t\end{cases} (t∈R)(t\in\mathbb{R}).

Voir la solution

(D)(D) a pour vecteur directeur u⃗(−3;1)\vec u(-3;1), (Δ)(\Delta) a pour vecteur directeur v⃗(1;−1)\vec v(1;-1) ; det⁡(u⃗;v⃗)=3−1=2≠0\det(\vec u;\vec v)=3-1=2\neq0 : les droites sont sécantes. On remplace : (1+t)+3(2−t)−5=0(1+t)+3(2-t)-5=0, soit 2−2t=02-2t=0, donc t=1t=1 : le point d’intersection est (2;1)(2;1).

À retenir — l’essentiel du chapitre

  • AB→(xB−xA;yB−yA)\overrightarrow{AB}(x_B-x_A;y_B-y_A) ; milieu (xA+xB2;yA+yB2)\left(\frac{x_A+x_B}2;\frac{y_A+y_B}2\right).
  • det⁡(u⃗;v⃗)=xy′−x′y\det(\vec u;\vec v)=xy'-x'y ; colinéarité   ⟺  det⁡=0\iff\det=0.
  • Droite ax+by+c=0ax+by+c=0 de vecteur directeur (−b;a)(-b;a) ; représentation paramétrique x=xA+αtx=x_A+\alpha t, y=yA+βty=y_A+\beta t.
  • Parallèles   ⟺  \iff déterminant des vecteurs directeurs nul ; sinon sécantes : on résout en remplaçant.

Série d’exercices

Dans toute la série, le plan est rapporté à un repère (O;ı⃗;ȷ⃗)(O;\vec\imath;\vec\jmath).

Exercice 1 — Coordonnées Facile ★☆☆☆☆

On considère les points A(2;−1)A(2;-1), B(−1;3)B(-1;3) et C(4;2)C(4;2).

  1. Déterminer les coordonnées des vecteurs AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC}.
  2. Déterminer les coordonnées des vecteurs u⃗=3AB→\vec u=3\overrightarrow{AB} et v⃗=AC→−2AB→\vec v=\overrightarrow{AC}-2\overrightarrow{AB}.
  3. Déterminer les coordonnées du milieu II de [BC][BC].
Voir la solution

1) AB→(−1−2;3+1)=AB→(−3;4)\overrightarrow{AB}(-1-2;3+1)=\overrightarrow{AB}(-3;4) et AC→(2;3)\overrightarrow{AC}(2;3).

2) u⃗(−9;12)\vec u(-9;12) ;  v⃗(2+6;3−8)=v⃗(8;−5)\ \vec v(2+6;3-8)=\vec v(8;-5).

3) I(−1+42;3+22)=I(32;52)I\left(\dfrac{-1+4}2;\dfrac{3+2}2\right)=I\left(\dfrac32;\dfrac52\right).

Exercice 2 — Changement de repère Facile ★★☆☆☆

On considère un parallélogramme ABCDABCD de centre O′O'. Compléter le tableau en donnant les coordonnées de chaque point dans chacun des repères indiqués.

Point(A;AB→;AD→)\big(A;\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AD}\big)(B;BC→;BA→)\big(B;\overrightarrow{BC};\overrightarrow{BA}\big)(O′;O′B→;O′C→)\big(O';\overrightarrow{O'B};\overrightarrow{O'C}\big)
AA
BB
CC
DD
O′O'
Voir la solution

On pose b⃗=AB→\vec b=\overrightarrow{AB} et d⃗=AD→\vec d=\overrightarrow{AD} ; alors AC→=b⃗+d⃗\overrightarrow{AC}=\vec b+\vec d et AO′→=12(b⃗+d⃗)\overrightarrow{AO'}=\tfrac12(\vec b+\vec d).

  • Dans (B;BC→;BA→)\big(B;\overrightarrow{BC};\overrightarrow{BA}\big) : BC→=d⃗\overrightarrow{BC}=\vec d et BA→=−b⃗\overrightarrow{BA}=-\vec b ; par exemple BD→=−b⃗+d⃗=1⋅BC→+1⋅BA→\overrightarrow{BD}=-\vec b+\vec d=1\cdot\overrightarrow{BC}+1\cdot\overrightarrow{BA}, donc D(1;1)D(1;1).
  • Dans (O′;O′B→;O′C→)\big(O';\overrightarrow{O'B};\overrightarrow{O'C}\big) : O′A→=−O′C→\overrightarrow{O'A}=-\overrightarrow{O'C} et O′D→=−O′B→\overrightarrow{O'D}=-\overrightarrow{O'B}.
Point(A;AB→;AD→)\big(A;\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AD}\big)(B;BC→;BA→)\big(B;\overrightarrow{BC};\overrightarrow{BA}\big)(O′;O′B→;O′C→)\big(O';\overrightarrow{O'B};\overrightarrow{O'C}\big)
AA(0;0)(0;0)(0;1)(0;1)(0;−1)(0;-1)
BB(1;0)(1;0)(0;0)(0;0)(1;0)(1;0)
CC(1;1)(1;1)(1;0)(1;0)(0;1)(0;1)
DD(0;1)(0;1)(1;1)(1;1)(−1;0)(-1;0)
O′O'(12;12)\left(\frac12;\frac12\right)(12;12)\left(\frac12;\frac12\right)(0;0)(0;0)

Exercice 3 — Colinéarité et alignement Facile ★★☆☆☆

  1. Étudier la colinéarité des vecteurs u⃗\vec u et v⃗\vec v dans chacun des cas : a) u⃗(4;−6)\vec u(4;-6) et v⃗(−6;9)\vec v(-6;9). b) u⃗(5;2)\vec u(5;2) et v⃗(−2;1)\vec v(-2;1).
  2. Étudier l’alignement des points AA, BB et CC dans chacun des cas : a) A(1;3)A(1;3), B(3;−1)B(3;-1) et C(0;5)C(0;5). b) A(−2;1)A(-2;1), B(1;2)B(1;2) et C(4;4)C(4;4). c) A(2;1)A(2;1), B(0;−3)B(0;-3) et C(m;5)C(m;5), où mm est un réel (déterminer mm pour que les points soient alignés).
Voir la solution

1) a) det⁡(u⃗;v⃗)=4×9−(−6)×(−6)=0\det(\vec u;\vec v)=4\times9-(-6)\times(-6)=0 : colinéaires (v⃗=−32u⃗\vec v=-\tfrac32\vec u).

b) det⁡(u⃗;v⃗)=5×1−(−2)×2=9≠0\det(\vec u;\vec v)=5\times1-(-2)\times2=9\neq0 : non colinéaires.

2) a) AB→(2;−4)\overrightarrow{AB}(2;-4), AC→(−1;2)\overrightarrow{AC}(-1;2) : det⁡=2×2−(−1)(−4)=0\det=2\times2-(-1)(-4)=0 ; les points sont alignés.

b) AB→(3;1)\overrightarrow{AB}(3;1), AC→(6;3)\overrightarrow{AC}(6;3) : det⁡=9−6=3≠0\det=9-6=3\neq0 ; les points ne sont pas alignés.

c) AB→(−2;−4)\overrightarrow{AB}(-2;-4), AC→(m−2;4)\overrightarrow{AC}(m-2;4) : det⁡=−8+4(m−2)=4m−16\det=-8+4(m-2)=4m-16. Les points sont alignés si et seulement si m=4m=4.

Exercice 4 — Équation cartésienne Facile ★★☆☆☆

Déterminer une équation cartésienne de la droite (D)(D) dans chacun des cas suivants.

  1. (D)(D) passe par A(1;−2)A(1;-2) et a pour vecteur directeur u⃗(3;2)\vec u(3;2).
  2. (D)(D) passe par les points A(2;1)A(2;1) et B(−1;4)B(-1;4).
  3. (D)(D) a pour équation réduite y=−23x+1y=-\dfrac23x+1.
  4. (D)(D) passe par A(0;2)A(0;2) et est parallèle à la droite (Δ):{x=1+2ty=−3+t(\Delta):\begin{cases}x=1+2t\\ y=-3+t\end{cases} (t∈R)(t\in\R).
  5. (D)(D) passe par A(1;1)A(1;1) et est parallèle à la droite (Δ):3x−y+5=0(\Delta):3x-y+5=0.
  6. (D)(D) a pour représentation paramétrique {x=2−ty=1+3t\begin{cases}x=2-t\\ y=1+3t\end{cases} (t∈R)(t\in\R).
Voir la solution

Pour M(x;y)M(x;y), on écrit det⁡(AM→;u⃗)=0\det\big(\overrightarrow{AM};\vec u\big)=0 avec un vecteur directeur u⃗\vec u.

1) 2(x−1)−3(y+2)=02(x-1)-3(y+2)=0 :  (D):2x−3y−8=0\ (D):2x-3y-8=0.

2) AB→(−3;3)\overrightarrow{AB}(-3;3) : 3(x−2)+3(y−1)=03(x-2)+3(y-1)=0, soit (D):x+y−3=0(D):x+y-3=0.

3) y=−23x+1  ⟺  3y=−2x+3y=-\tfrac23x+1\iff3y=-2x+3 :  (D):2x+3y−3=0\ (D):2x+3y-3=0.

4) u⃗(2;1)\vec u(2;1) dirige (Δ)(\Delta), donc (D)(D) : 1⋅x−2(y−2)=01\cdot x-2(y-2)=0, soit (D):x−2y+4=0(D):x-2y+4=0.

5) (D)(D) est de la forme 3x−y+c=03x-y+c=0 ; A∈(D)A\in(D) donne 3−1+c=03-1+c=0, c=−2c=-2 :  (D):3x−y−2=0\ (D):3x-y-2=0.

6) (D)(D) passe par (2;1)(2;1), de vecteur directeur (−1;3)(-1;3) : 3(x−2)+(y−1)=03(x-2)+(y-1)=0, soit (D):3x+y−7=0(D):3x+y-7=0.

Exercice 5 — Représentation paramétrique Facile ★★☆☆☆

Déterminer une représentation paramétrique de la droite (D)(D) dans chacun des cas suivants.

  1. (D)(D) passe par A(1;−2)A(1;-2) et a pour vecteur directeur u⃗(3;2)\vec u(3;2).
  2. (D)(D) passe par les points A(2;1)A(2;1) et B(−1;4)B(-1;4).
  3. (D)(D) a pour équation réduite y=2x−1y=2x-1.
  4. (D)(D) passe par A(−1;0)A(-1;0) et est parallèle à la droite (Δ):{x=3−ty=2t(\Delta):\begin{cases}x=3-t\\ y=2t\end{cases} (t∈R)(t\in\R).
  5. (D)(D) passe par A(0;3)A(0;3) et est parallèle à la droite (Δ):2x+y−1=0(\Delta):2x+y-1=0.
  6. (D)(D) a pour équation cartésienne 3x−2y+6=03x-2y+6=0.
Voir la solution

Toutes les représentations sont données pour t∈Rt\in\R.

1) {x=1+3ty=−2+2t\begin{cases}x=1+3t\\ y=-2+2t\end{cases}

2) Vecteur directeur AB→(−3;3)\overrightarrow{AB}(-3;3) : {x=2−3ty=1+3t\begin{cases}x=2-3t\\ y=1+3t\end{cases}

3) Point (0;−1)(0;-1), vecteur directeur (1;2)(1;2) : {x=ty=−1+2t\begin{cases}x=t\\ y=-1+2t\end{cases}

4) Vecteur directeur (−1;2)(-1;2) : {x=−1−ty=2t\begin{cases}x=-1-t\\ y=2t\end{cases}

5) Vecteur directeur (−1;2)(-1;2) : {x=−ty=3+2t\begin{cases}x=-t\\ y=3+2t\end{cases}

6) Point (0;3)(0;3), vecteur directeur (2;3)(2;3) : {x=2ty=3+3t\begin{cases}x=2t\\ y=3+3t\end{cases}

Exercice 6 — Positions relatives de deux droites Moyen ★★★☆☆

Dans chaque cas, étudier la position relative des droites (D)(D) et (Δ)(\Delta) ; si elles sont sécantes, déterminer leur point d’intersection.

  1. (D):x−2y+1=0(D):x-2y+1=0 et (Δ):−2x+4y+3=0(\Delta):-2x+4y+3=0.
  2. (D):2x+y−4=0(D):2x+y-4=0 et (Δ):x−y+1=0(\Delta):x-y+1=0.
  3. (D):x+3y−5=0(D):x+3y-5=0 et (Δ):{x=1+ty=2−t(\Delta):\begin{cases}x=1+t\\ y=2-t\end{cases} (t∈R)(t\in\R).
  4. (D):{x=2+ty=−1+2t(D):\begin{cases}x=2+t\\ y=-1+2t\end{cases} (t∈R)(t\in\R) et (Δ):{x=3ky=−5+6k(\Delta):\begin{cases}x=3k\\ y=-5+6k\end{cases} (k∈R)(k\in\R).
  5. (D):{x=1−ty=2+t(D):\begin{cases}x=1-t\\ y=2+t\end{cases} (t∈R)(t\in\R) et (Δ):{x=2ky=1+k(\Delta):\begin{cases}x=2k\\ y=1+k\end{cases} (k∈R)(k\in\R).
Voir la solution

1) 1×4−(−2)×(−2)=01\times4-(-2)\times(-2)=0 : parallèles. Le point (−1;0)(-1;0) de (D)(D) vérifie 2+0+3=5≠02+0+3=5\neq0 : il n’est pas sur (Δ)(\Delta). Les droites sont strictement parallèles.

2) 2×(−1)−1×1=−3≠02\times(-1)-1\times1=-3\neq0 : sécantes. y=x+1y=x+1 et 2x+x+1−4=02x+x+1-4=0 : x=1x=1, y=2y=2. Intersection (1;2)(1;2).

3) Vecteurs directeurs (−3;1)(-3;1) et (1;−1)(1;-1), det⁡=2≠0\det=2\neq0 : sécantes. (1+t)+3(2−t)−5=0(1+t)+3(2-t)-5=0 donne t=1t=1 : intersection (2;1)(2;1).

4) Vecteurs directeurs (1;2)(1;2) et (3;6)(3;6), det⁡=6−6=0\det=6-6=0 : parallèles. Le point (0;−5)(0;-5) de (Δ)(\Delta) (k=0k=0) est sur (D)(D) (pour t=−2t=-2 : x=0x=0, y=−5y=-5). Les droites sont confondues.

5) Vecteurs directeurs (−1;1)(-1;1) et (2;1)(2;1), det⁡=−1−2=−3≠0\det=-1-2=-3\neq0 : sécantes. On cherche tt et kk avec 1−t=2k1-t=2k et 2+t=1+k2+t=1+k ; en additionnant : 3=1+3k3=1+3k, k=23k=\tfrac23. Intersection (43;53)\left(\dfrac43;\dfrac53\right).

Exercice 7 — Synthèse Moyen ★★★☆☆

On considère la droite (D)(D) d’équation x+2y−4=0x+2y-4=0 et la droite (Δ)(\Delta) passant par les points A(−1;3)A(-1;3) et B(1;−1)B(1;-1).

  1. Montrer que 2x+y−1=02x+y-1=0 est une équation cartésienne de (Δ)(\Delta).
  2. Montrer que (D)(D) et (Δ)(\Delta) sont sécantes et déterminer leur point d’intersection EE.
  3. Tracer les droites (D)(D) et (Δ)(\Delta), le repère étant orthonormé.
  4. On considère la droite (L):{x=1+ty=2−2t(L):\begin{cases}x=1+t\\ y=2-2t\end{cases} (t∈R)(t\in\R). Montrer que (L)∥(Δ)(L)\parallel(\Delta), puis tracer (L)(L).
Voir la solution

1) (a;b)=(2;1)≠(0;0)(a;b)=(2;1)\neq(0;0) : c’est l’équation d’une droite. AA : −2+3−1=0-2+3-1=0 ; BB : 2−1−1=02-1-1=0. Les deux points distincts AA et BB sont sur cette droite : c’est (Δ)(\Delta).

2) 1×1−2×2=−3≠01\times1-2\times2=-3\neq0 : sécantes. De (Δ)(\Delta) : y=1−2xy=1-2x ; dans (D)(D) : x+2−4x−4=0x+2-4x-4=0, soit x=−23x=-\tfrac23, puis y=73y=\tfrac73. Donc E(−23;73)E\left(-\dfrac23;\dfrac73\right).

3) et 4) (L)(L) a pour vecteur directeur (1;−2)(1;-2) et (Δ)(\Delta) a pour vecteur directeur (−1;2)(-1;2) : det⁡=1×2−(−1)(−2)=0\det=1\times2-(-1)(-2)=0, donc (L)∥(Δ)(L)\parallel(\Delta). (L)(L) passe par (1;2)(1;2), qui n’est pas sur (Δ)(\Delta) (2+2−1≠02+2-1\neq0) : elles sont strictement parallèles.

Figure

Exercice 8 — Synthèse Difficile ★★★★☆

On considère les points A(−2;−1)A(-2;-1), C(2;1)C(2;1) et D(6;3)D(6;3).

  1. Déterminer les coordonnées des vecteurs AC→\overrightarrow{AC} et AD→\overrightarrow{AD}.
  2. En déduire que les points AA, CC et DD sont alignés.
  3. Déterminer une équation cartésienne de la droite (AC)(AC).
  4. On considère les droites (D1):2x+y−5=0(D_1):2x+y-5=0 et (Δ):{x=−1+3ty=2+t(\Delta):\begin{cases}x=-1+3t\\ y=2+t\end{cases} (t∈R)(t\in\R). a) Montrer que (D1)(D_1) et (Δ)(\Delta) sont sécantes et déterminer leur point d’intersection. b) Déterminer une représentation paramétrique de la droite (D2)(D_2) passant par AA et parallèle à (D1)(D_1). c) Déterminer une équation cartésienne de la droite (Δ′)(\Delta') passant par CC et parallèle à (Δ)(\Delta).
Voir la solution

1) AC→(4;2)\overrightarrow{AC}(4;2) et AD→(8;4)\overrightarrow{AD}(8;4).

2) det⁡(AC→;AD→)=4×4−8×2=0\det\big(\overrightarrow{AC};\overrightarrow{AD}\big)=4\times4-8\times2=0 : AA, CC, DD sont alignés.

3) 2(x+2)−4(y+1)=02(x+2)-4(y+1)=0, soit (AC):x−2y=0(AC):x-2y=0.

4) a) Vecteurs directeurs (−1;2)(-1;2) et (3;1)(3;1) : det⁡=−1−6=−7≠0\det=-1-6=-7\neq0, sécantes. 2(−1+3t)+(2+t)−5=02(-1+3t)+(2+t)-5=0 donne 7t=57t=5, t=57t=\tfrac57 : intersection (87;197)\left(\dfrac87;\dfrac{19}7\right).

b) (D2)(D_2) : passe par A(−2;−1)A(-2;-1), vecteur directeur (1;−2)(1;-2) : {x=−2+ty=−1−2t\begin{cases}x=-2+t\\ y=-1-2t\end{cases} (t∈R)(t\in\R).

c) (Δ′)(\Delta') : 1⋅(x−2)−3(y−1)=01\cdot(x-2)-3(y-1)=0, soit (Δ′):x−3y+1=0(\Delta'):x-3y+1=0.

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