Petit Devoir sur le Produit Scalaire 18-19
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Durée: 30 min
Exercice 1
Le trapèze rectangle de la figure ci-dessous est tel que : AB=7, AD=4 et CD=4
Donner sans justification les valeurs exactes des produits scalaires suivants:
-
\(\overrightarrow{\text{EB}}\cdot \overrightarrow{\text{CD}}\)
-
\(\overrightarrow{\text{DA}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}\)
-
\(\overrightarrow{\text{DE}}\cdot \overrightarrow{\text{CA}}\)
-
\(\overrightarrow{\text{BA}}\cdot \overrightarrow{\text{BC}}\)
-
\(\overrightarrow{\text{CD}}\cdot \overrightarrow{\text{CB}}\)
-
\(\overrightarrow{\text{DA}}\cdot \overrightarrow{\text{CB}}\)
-
\(\mathit{EB}=\mathit{AB}-\mathit{AE}=7-4=3\)
Les vecteurs \(\overrightarrow{\mathit{EB}}\) et \(\overrightarrow{\mathit{CD}}\) sont colinéaires et de sens contraires, donc :
\(\overrightarrow{\mathit{EB}}\cdot \overrightarrow{\mathit{CD}}=-\mathit{EB}\times \mathit{CD}=-3\times 4=-12\)
-
\(\overrightarrow{\text{DA}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}=-\text{DA}^2=-16\)
-
\({AECD}\) est un carré, donc ses diagonales sont perpendiculaires, donc les vecteurs \(\overrightarrow{\mathit{DE}}\) et \(\overrightarrow{\mathit{CA}}\) sont orthogonaux.
\(\overrightarrow{\mathit{DE}}\cdot \overrightarrow{\mathit{CA}}=0\) .
-
\(E\) est le projeté orthogonal de \(C\) sur \((BA)\). Donc \(\overrightarrow{\mathit{BA}}\cdot \overrightarrow{\mathit{BC}}=\overrightarrow{\mathit{BE}}\cdot \overrightarrow{\mathit{BA}}=3\times 7=21\).
-
\(\overrightarrow{\text{CD}}\cdot \overrightarrow{\text{CB}}=-\text{CD}\times \text{EB}=-4\times 3=-12\)
-
\(D\) est le projeté orthogonal de \(C\) sur \((DA)\) et \(A\) est le projeté orthogonal de \(B\) sur \((DA)\).
D'où \(\overrightarrow{\mathit{DA}}\cdot \overrightarrow{\mathit{CB}}=\overrightarrow{\mathit{DA}}\cdot \overrightarrow{\mathit{DA}}=4\times 4=16\).
Exercice 2
Soit un repère \((\text O;\vec{\imath};\vec{\jmath})\) orthonormé d'unité \(1\) cm.
Soient les points \(A\left(\frac 1 2;1\right)\), \(B\left(3,-\frac 1 2\right)\) et \(C\left(\frac 5 2;\frac 5 2\right)\) .
-
a) Calculer les longueurs \(AB\) , \(AC\) et \(\overrightarrow{\mathit{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathit{AC}}\).
b) En déduire \(\cos (\widehat {BAC})\) puis une mesure de \(\widehat {BAC}\) au centième de degré.
-
Soit \(H\) le pied de la hauteur issue de \(B\) dans \(ABC\).
Calculer \(AH\) puis arrondir \(AH\) au millimètre.
-
a) \(\overrightarrow{\text{AB}}\) \(\left(\begin{matrix}\frac 5 2\\-\frac 3 2\end{matrix}\right)\) \(\Rightarrow \text{AB}=\frac 1 2\sqrt{34}\)
\(\overrightarrow{\text{AC}} \left(\begin{matrix}2\\\frac 3 2\end{matrix}\right)\) \(\Rightarrow\) \(\text{AC}=\frac 5 2\)
Avec la formule du produit scalaire de deux vecteurs on obtient: \(\overrightarrow{\text{AB}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}=\frac{10} 2-\frac 9 4=\frac{11} 4\).
b) On a aussi \(\overrightarrow{\text{AB}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}=\text{AB}\times \text{AC}\times \text{cos}(\widehat {\text{BAC}})\) d'où \(\frac{11} 4=\frac 5 4\times \sqrt{34}\times \text{cos}(\widehat {\text{BAC}})\)
D'où \(\text{cos}(\widehat {\text{BAC}})=\frac{11}{5\sqrt{34}}\) et \(\widehat{\text{BAC}}{\approx}67.83^{\circ }\).
-
\(\overrightarrow{\text{AB}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}=\overrightarrow{\text{AH}}\cdot \overrightarrow{\text{AC}}=\text{AH}\times \text{AC}\) d'où \(\text{AH}=\frac{\frac{11} 4}{\frac 5 2}=\frac{11}{10}=1.1\) cm.