درس Géométrie dans l'espace — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «Géométrie dans l'espace» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Axiomes - Positions relatives de droites et de plans - Parallélisme - Théorème du toit - Orthogonalité - Surfaces et volumes. Cours Géométrie dans l'espace — Tronc commun scientifique (BIOF).

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

Axiomes

Propriété Axiomes de la géométrie dans l’espace

1. Par deux points distincts passe une et une seule droite.

2. Par trois points non alignés passe un et un seul plan.

3. Si un plan contient deux points $A$ et $B$, il contient toute la droite $(AB)$.

4. Si deux plans distincts ont un point commun, leur intersection est une droite passant par ce point.

5. Axiome d’Euclide : par un point $A$, il passe une seule droite parallèle à une droite $(D)$ donnée.

Propriété Détermination d’un plan

Un plan est déterminé par : trois points non alignés ; ou une droite et un point extérieur ; ou deux droites sécantes ; ou deux droites parallèles distinctes.

Positions relatives

Propriété Deux droites

Deux droites de l’espace sont soit coplanaires (sécantes ou parallèles), soit non coplanaires (aucun plan ne les contient).

Exemple Dans le cube $ABCDEFGH$

$(AB)$ et $(BC)$ sont sécantes ; $(AB)$ et $(EF)$ sont parallèles ; $(AB)$ et $(CG)$ sont non coplanaires.

Propriété Deux plans

Deux plans sont soit sécants (suivant une droite), soit parallèles (strictement parallèles ou confondus).

Propriété Une droite et un plan

Une droite et un plan sont soit sécants (en un point), soit parallèles (la droite est incluse dans le plan ou n’a aucun point commun avec lui).

Parallélisme

Propriété Droite parallèle à un plan

Une droite $(D)$ est parallèle à un plan $(P)$ s’il existe une droite $(D')$ de $(P)$ parallèle à $(D)$.

Propriété Deux plans parallèles

Si un plan $(P)$ contient deux droites sécantes parallèles à un plan $(Q)$, alors $(P)\parallel(Q)$.

Si deux plans sont parallèles, tout plan qui coupe l’un coupe l’autre et les droites d’intersection sont parallèles.

Théorème Théorème du toit

Si $(P_1)$ et $(P_2)$ sont deux plans sécants suivant $(\Delta)$, et si $(D_1)\subset(P_1)$ et $(D_2)\subset(P_2)$ sont parallèles, alors $(\Delta)$ est parallèle à $(D_1)$ et à $(D_2)$.

Exemple

Dans le cube, $I$ et $J$ sont les milieux de $[AB]$ et $[BC]$ : $(IJ)\parallel(AC)$ (droite des milieux) et $(AC)\subset(ACGE)$, donc $(IJ)\parallel(ACGE)$.

Orthogonalité

Définition Droites orthogonales

Deux droites de l’espace sont orthogonales lorsque leurs parallèles menées par un même point sont perpendiculaires.

Remarque : deux droites orthogonales ne sont pas forcément sécantes ; exemple : $(AB)$ et $(CG)$ dans le cube.

Propriété Droite orthogonale à un plan

Une droite est orthogonale à un plan si elle est orthogonale à deux droites sécantes de ce plan ; elle est alors orthogonale à toutes les droites du plan.

Propriété Plans perpendiculaires

Deux plans sont perpendiculaires lorsque l’un contient une droite orthogonale à l’autre.

Exemple

Dans le cube : $(AE)\perp(AB)$ et $(AE)\perp(AD)$, avec $(AB)$ et $(AD)$ sécantes dans $(ABCD)$, donc $(AE)\perp(ABCD)$.

Comme $(AE)\subset(ABFE)$, les plans $(ABFE)$ et $(ABCD)$ sont perpendiculaires.

Surfaces et volumes

Propriété

| Solide | Volume |

| Cube d’arête $a$ | $a^3$ |

| Pavé droit | $L\times\ell\times h$ |

| Prisme droit, cylindre | $B\times h$ |

| Pyramide, cône | $\dfrac{1}{3}B\times h$ |

| Boule de rayon $r$ | $\dfrac{4}{3}\pi r^3$ (aire de la sphère : $4\pi r^2$) |

($B$ : aire de la base, $h$ : hauteur)

Application Volume d’une pyramide

$SABCD$ est une pyramide de base le carré $ABCD$ de côté $6$ et de hauteur $SO=4$ :

$V=\dfrac{1}{3}\times36\times4=48$

À retenir

  • Trois points non alignés déterminent un plan ; deux plans sécants se coupent suivant une droite.
  • Parallélisme : droite // une droite du plan ; plans : deux droites sécantes ; théorème du toit.
  • Droite ⟂ plan : orthogonale à deux droites sécantes du plan ; volume pyramide/cône : $\dfrac{1}{3}B\times h$.

النسخة العربية

الموضوعات

خاصية موضوعات الهندسة الفضائية

1. من نقطتين مختلفتين يمر مستقيم واحد ووحيد.

2. من ثلاث نقط غير مستقيمية يمر مستوى واحد ووحيد.

3. إذا احتوى مستوى على نقطتين $A$ و $B$ فإنه يحتوي على المستقيم $(AB)$ كله.

4. إذا كان لمستويين مختلفين نقطة مشتركة فإن تقاطعهما مستقيم يمر من هذه النقطة.

5. موضوعة إقليدس : من نقطة $A$ يمر مستقيم وحيد مواز لمستقيم معلوم $(D)$.

خاصية تحديد مستوى

يتحدد مستوى بـ : ثلاث نقط غير مستقيمية ؛ أو مستقيم ونقطة خارجه ؛ أو مستقيمين متقاطعين ؛ أو مستقيمين متوازيين مختلفين.

الأوضاع النسبية

خاصية مستقيمان

مستقيمان في الفضاء إما مستوائيان (متقاطعان أو متوازيان)، وإما غير مستوائيين (لا يوجد مستوى يحتويهما).

مثال في المكعب $ABCDEFGH$

$(AB)$ و $(BC)$ متقاطعان ؛ $(AB)$ و $(EF)$ متوازيان ؛ $(AB)$ و $(CG)$ غير مستوائيين.

خاصية مستويان

مستويان إما متقاطعان (وفق مستقيم)، وإما متوازيان (متوازيان قطعاً أو منطبقان).

خاصية مستقيم ومستوى

مستقيم ومستوى إما متقاطعان (في نقطة)، وإما متوازيان (المستقيم ضمن المستوى أو لا نقطة مشتركة بينهما).

التوازي

خاصية مستقيم مواز لمستوى

يكون مستقيم $(D)$ موازياً لمستوى $(P)$ إذا وجد مستقيم $(D')$ ضمن $(P)$ مواز لـ $(D)$.

خاصية مستويان متوازيان

إذا احتوى مستوى $(P)$ على مستقيمين متقاطعين موازيين لمستوى $(Q)$ فإن $(P)\parallel(Q)$.

إذا كان مستويان متوازيين فإن كل مستوى يقطع أحدهما يقطع الآخر، ومستقيما التقاطع متوازيان.

مبرهنة مبرهنة السقف

إذا كان $(P_1)$ و $(P_2)$ مستويين متقاطعين وفق $(\Delta)$، وكان $(D_1)\subset(P_1)$ و $(D_2)\subset(P_2)$ متوازيين، فإن $(\Delta)$ مواز لـ $(D_1)$ ولـ $(D_2)$.

مثال

في المكعب، $I$ و $J$ منتصفا $[AB]$ و $[BC]$ : $(IJ)\parallel(AC)$ (مستقيم المنتصفين) و $(AC)\subset(ACGE)$، إذن $(IJ)\parallel(ACGE)$.

التعامد

تعريف مستقيمان متعامدان

يكون مستقيمان في الفضاء متعامدين إذا كان الموازيان لهما المارّان من نفس النقطة متعامدين.

ملاحظة : مستقيمان متعامدان ليسا بالضرورة متقاطعين ؛ مثال : $(AB)$ و $(CG)$ في المكعب.

خاصية مستقيم عمودي على مستوى

يكون مستقيم عمودياً على مستوى إذا كان عمودياً على مستقيمين متقاطعين من هذا المستوى ؛ وعندئذ يكون عمودياً على كل مستقيمات المستوى.

خاصية مستويان متعامدان

يكون مستويان متعامدين إذا احتوى أحدهما على مستقيم عمودي على الآخر.

مثال

في المكعب : $(AE)\perp(AB)$ و $(AE)\perp(AD)$، مع $(AB)$ و $(AD)$ متقاطعين ضمن $(ABCD)$، إذن $(AE)\perp(ABCD)$.

وبما أن $(AE)\subset(ABFE)$ فإن المستويين $(ABFE)$ و $(ABCD)$ متعامدان.

المساحات والحجوم

خاصية

| المجسم | الحجم |

| مكعب طول حرفه $a$ | $a^3$ |

| متوازي مستطيلات | $L\times\ell\times h$ |

| موشور قائم، أسطوانة | $B\times h$ |

| هرم، مخروط | $\dfrac{1}{3}B\times h$ |

| كرة شعاعها $r$ | $\dfrac{4}{3}\pi r^3$ (مساحة الفلكة : $4\pi r^2$) |

($B$ : مساحة القاعدة، $h$ : الارتفاع)

تطبيق حجم هرم

$SABCD$ هرم قاعدته المربع $ABCD$ الذي طول ضلعه $6$ وارتفاعه $SO=4$ :

$V=\dfrac{1}{3}\times36\times4=48$

للحفظ

  • ثلاث نقط غير مستقيمية تحدد مستوى ؛ ومستويان متقاطعان يتقاطعان وفق مستقيم.
  • التوازي : مستقيم // مستقيم من المستوى ؛ المستويات : مستقيمان متقاطعان ؛ مبرهنة السقف.
  • مستقيم ⟂ مستوى : عمودي على مستقيمين متقاطعين منه ؛ حجم الهرم/المخروط : $\dfrac{1}{3}B\times h$.

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