درس Calcul vectoriel dans le plan — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «Calcul vectoriel dans le plan» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Vecteurs - Égalité de deux vecteurs - Somme et relation de Chasles - Produit par un réel - Colinéarité - Milieu d’un segment. Cours Calcul vectoriel dans le plan — Tronc commun scientifique (BIOF).

📖 حل فـ MathsClick (الورقة بخط اليد، بالعربية والفرنسية)

Notion de vecteur

Définition

Soient $A$ et $B$ deux points distincts. Le vecteur $\overrightarrow{AB}$ est défini par :

  • sa direction : celle de la droite $(AB)$ ;
  • son sens : de $A$ vers $B$ ;
  • sa norme (longueur) : $AB$, notée $\|\overrightarrow{AB}\|$.

Le vecteur $\overrightarrow{AA}$ est le vecteur nul, noté $\vec{0}$.

Propriété Égalité de deux vecteurs

Deux vecteurs sont égaux s’ils ont la même direction, le même sens et la même norme.

$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\iff ABCD$ est un parallélogramme

Somme de deux vecteurs

Propriété Relation de Chasles

Pour tous points $A$, $B$ et $C$ du plan :

$\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}$

Propriété Règle du parallélogramme

$\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}\iff ABCD$ est un parallélogramme

Définition Vecteurs opposés

Deux vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont opposés s’ils ont la même direction, la même norme et des sens contraires ; on écrit $\vec{u}=-\vec{v}$.

$\overrightarrow{AB}=-\overrightarrow{BA}$

Définition Vecteur opposé

L’opposé de $\vec{u}=\overrightarrow{AB}$ est le vecteur $-\vec{u}=\overrightarrow{BA}$ ; on a $\vec{u}+(-\vec{u})=\vec{0}$.

La différence : $\vec{u}-\vec{v}=\vec{u}+(-\vec{v})$.

Exemple

Simplifier $\vec{w}=\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{CB}+\overrightarrow{CD}-\overrightarrow{AD}$.

$\vec{w}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}+\overrightarrow{DA}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CA}$

$\vec{w}=\vec{0}$

Produit d’un vecteur par un réel

Définition

Soient $\vec{u}$ un vecteur non nul et $k$ un réel non nul. Le vecteur $k\vec{u}$ a :

  • la même direction que $\vec{u}$ ;
  • le même sens que $\vec{u}$ si $k>0$, le sens contraire si $k<0$ ;
  • pour norme $\|k\vec{u}\|=|k|\times\|\vec{u}\|$.

Par convention : $0\vec{u}=\vec{0}$ et $k\vec{0}=\vec{0}$.

Propriété

Pour tous vecteurs $\vec{u}$, $\vec{v}$ et tous réels $a$, $b$ :

$a(\vec{u}+\vec{v})=a\vec{u}+a\vec{v}$ ; $(a+b)\vec{u}=a\vec{u}+b\vec{u}$ ; $a(b\vec{u})=(ab)\vec{u}$

$k\vec{u}=\vec{0}\iff k=0$ ou $\vec{u}=\vec{0}$

Exemple

Réduire $\vec{w}=2\left(\vec{u}-3\vec{v}\right)-3\left(\vec{u}-2\vec{v}\right)$.

$\vec{w}=2\vec{u}-6\vec{v}-3\vec{u}+6\vec{v}$

$\vec{w}=-\vec{u}$

Colinéarité de deux vecteurs

Définition

Deux vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$ sont colinéaires s’il existe un réel $k$ tel que $\vec{v}=k\vec{u}$ (ou $\vec{u}=k\vec{v}$).

Le vecteur nul est colinéaire à tout vecteur.

Propriété Applications

  • $A$, $B$ et $C$ sont alignés $\iff\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{AC}$ sont colinéaires.
  • $(AB)\parallel(CD)\iff\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{CD}$ sont colinéaires.

Exemple

Soit $ABC$ un triangle, $M$ et $N$ tels que $\overrightarrow{AM}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AB}$ et $\overrightarrow{AN}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AC}$. Montrer que $(MN)\parallel(BC)$.

$\overrightarrow{MN}=\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{AN}=-\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AB}+\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AC}=\dfrac{1}{3}\left(\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AC}\right)=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BC}$

$\overrightarrow{MN}$ et $\overrightarrow{BC}$ sont colinéaires : $(MN)\parallel(BC)$

Milieu d’un segment

Propriété

$I$ est le milieu de $[AB]$ si et seulement si l’une des relations équivalentes suivantes est vérifiée :

$\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{AI}$ ; $\overrightarrow{AI}=\overrightarrow{IB}$ ; $\overrightarrow{IA}+\overrightarrow{IB}=\vec{0}$

Pour tout point $M$ du plan :

$\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=2\overrightarrow{MI}$

Application Application

Soit $ABC$ un triangle, $I$ le milieu de $[BC]$ et $G$ le point tel que $\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=\vec{0}$. Montrer que $\overrightarrow{AG}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AI}$.

$\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=2\overrightarrow{GI}$, donc $\overrightarrow{GA}+2\overrightarrow{GI}=\vec{0}$

$\overrightarrow{GA}+2\left(\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{AI}\right)=\vec{0}\iff3\overrightarrow{AG}=2\overrightarrow{AI}$

$\overrightarrow{AG}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AI}$ : $G$ est le centre de gravité du triangle

À retenir

  • $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\iff ABCD$ parallélogramme ; Chasles : $\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}$.
  • $k\vec{u}$ : même direction, sens selon le signe de $k$, norme $|k|\times\|\vec{u}\|$.
  • Colinéarité : $\vec{v}=k\vec{u}$ ⇒ alignement et parallélisme ; milieu : $\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=2\overrightarrow{MI}$.

النسخة العربية

مفهوم المتجهة

تعريف

لتكن $A$ و $B$ نقطتين مختلفتين. المتجهة $\overrightarrow{AB}$ معرفة بـ :

  • اتجاهها : اتجاه المستقيم $(AB)$ ؛
  • منحاها : من $A$ نحو $B$ ؛
  • منظمها (طولها) : $AB$، ونرمز له بـ $\|\overrightarrow{AB}\|$.

المتجهة $\overrightarrow{AA}$ هي المتجهة المنعدمة، ونرمز لها بـ $\vec{0}$.

خاصية تساوي متجهتين

تكون متجهتان متساويتين إذا كان لهما نفس الاتجاه ونفس المنحى ونفس المنظم.

$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\iff ABCD$ متوازي أضلاع

مجموع متجهتين

خاصية علاقة شال

لكل النقط $A$ و $B$ و $C$ من المستوى :

$\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}$

خاصية قاعدة متوازي الأضلاع

$\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}\iff ABCD$ متوازي أضلاع

تعريف متجهتان متقابلتان

تكون متجهتان $\vec{u}$ و $\vec{v}$ متقابلتين إذا كان لهما نفس الاتجاه ونفس المنظم ومنحيان متعاكسان ؛ ونكتب $\vec{u}=-\vec{v}$.

$\overrightarrow{AB}=-\overrightarrow{BA}$

تعريف المتجهة المقابلة

مقابل $\vec{u}=\overrightarrow{AB}$ هو المتجهة $-\vec{u}=\overrightarrow{BA}$ ؛ ولدينا $\vec{u}+(-\vec{u})=\vec{0}$.

الفرق : $\vec{u}-\vec{v}=\vec{u}+(-\vec{v})$.

مثال

بسّط $\vec{w}=\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{CB}+\overrightarrow{CD}-\overrightarrow{AD}$.

$\vec{w}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}+\overrightarrow{DA}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CA}$

$\vec{w}=\vec{0}$

ضرب متجهة في عدد حقيقي

تعريف

لتكن $\vec{u}$ متجهة غير منعدمة و $k$ عدداً حقيقياً غير منعدم. المتجهة $k\vec{u}$ لها :

  • نفس اتجاه $\vec{u}$ ؛
  • نفس منحى $\vec{u}$ إذا كان $k>0$، والمنحى المعاكس إذا كان $k<0$ ؛
  • منظمها $\|k\vec{u}\|=|k|\times\|\vec{u}\|$.

اصطلاحاً : $0\vec{u}=\vec{0}$ و $k\vec{0}=\vec{0}$.

خاصية

لكل متجهتين $\vec{u}$ و $\vec{v}$ ولكل عددين حقيقيين $a$ و $b$ :

$a(\vec{u}+\vec{v})=a\vec{u}+a\vec{v}$ ; $(a+b)\vec{u}=a\vec{u}+b\vec{u}$ ; $a(b\vec{u})=(ab)\vec{u}$

$k\vec{u}=\vec{0}\iff k=0$ أو $\vec{u}=\vec{0}$

مثال

اختزل $\vec{w}=2\left(\vec{u}-3\vec{v}\right)-3\left(\vec{u}-2\vec{v}\right)$.

$\vec{w}=2\vec{u}-6\vec{v}-3\vec{u}+6\vec{v}$

$\vec{w}=-\vec{u}$

استقامية متجهتين

تعريف

تكون متجهتان $\vec{u}$ و $\vec{v}$ مستقيميتين إذا وُجد عدد حقيقي $k$ بحيث $\vec{v}=k\vec{u}$ (أو $\vec{u}=k\vec{v}$).

المتجهة المنعدمة مستقيمية مع كل متجهة.

خاصية تطبيقات

  • $A$ و $B$ و $C$ مستقيمية $\iff\overrightarrow{AB}$ و $\overrightarrow{AC}$ مستقيميتان.
  • $(AB)\parallel(CD)\iff\overrightarrow{AB}$ و $\overrightarrow{CD}$ مستقيميتان.

مثال

ليكن $ABC$ مثلثاً، و $M$ و $N$ بحيث $\overrightarrow{AM}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AB}$ و $\overrightarrow{AN}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AC}$. بيّن أن $(MN)\parallel(BC)$.

$\overrightarrow{MN}=\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{AN}=-\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AB}+\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AC}=\dfrac{1}{3}\left(\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AC}\right)=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BC}$

$\overrightarrow{MN}$ و $\overrightarrow{BC}$ مستقيميتان : $(MN)\parallel(BC)$

منتصف قطعة

خاصية

تكون $I$ منتصف $[AB]$ إذا وفقط إذا تحققت إحدى العلاقات المتكافئة التالية :

$\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{AI}$ ; $\overrightarrow{AI}=\overrightarrow{IB}$ ; $\overrightarrow{IA}+\overrightarrow{IB}=\vec{0}$

لكل نقطة $M$ من المستوى :

$\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=2\overrightarrow{MI}$

تطبيق تطبيق

ليكن $ABC$ مثلثاً، و $I$ منتصف $[BC]$ و $G$ النقطة بحيث $\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=\vec{0}$. بيّن أن $\overrightarrow{AG}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AI}$.

$\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=2\overrightarrow{GI}$، إذن $\overrightarrow{GA}+2\overrightarrow{GI}=\vec{0}$

$\overrightarrow{GA}+2\left(\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{AI}\right)=\vec{0}\iff3\overrightarrow{AG}=2\overrightarrow{AI}$

$\overrightarrow{AG}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AI}$ : $G$ هو مركز ثقل المثلث

للحفظ

  • $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\iff ABCD$ متوازي أضلاع ؛ شال : $\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}$.
  • $k\vec{u}$ : نفس الاتجاه، والمنحى حسب إشارة $k$، والمنظم $|k|\times\|\vec{u}\|$.
  • الاستقامية : $\vec{v}=k\vec{u}$ ⇐ استقامية النقط وتوازي المستقيمات ؛ المنتصف : $\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=2\overrightarrow{MI}$.

فنفس الدرس

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