Calcul vectoriel dans le plan

Calcul vectoriel dans le plan

CALCUL VECTORIEL DANS LE PLAN

Tronc Commun Sciences – Cours

I

Égalité de deux vecteurs – Somme de deux vecteurs

1) Caractéristiques d’un vecteur

Soient \(A\) et \(B\) deux points et soit \(\vec{u} = \vec{AB}\) un vecteur non nul. Le vecteur \(\vec{u}\) est caractérisé par :

  • Sa direction : la droite \((AB)\)
  • Son sens : de \(A\) vers \(B\)
  • Sa norme : \(\|\vec{u}\| = AB\)
Vecteur AB

Représentation du vecteur \(\vec{AB}\)

2) Égalité de deux vecteurs

Propriété : Deux vecteurs \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) sont égaux si et seulement s’ils ont la même direction, le même sens et la même norme. On écrit alors : \(\vec{u} = \vec{v}\).

Vecteurs égaux

Deux vecteurs égaux : même direction, même sens, même norme

3) Vecteurs opposés

Opposés : \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) sont opposés si et seulement s’ils ont la même direction, la même norme, mais des sens contraires. On écrit : \(\vec{u} = -\vec{v}\).

Vecteurs opposés

Vecteurs opposés

📌 Exemple : \(\vec{AB} = -\vec{BA}\)

4) Parallélogramme

Propriété : \(ABCD\) est un parallélogramme si et seulement si : \(\vec{AB} + \vec{AD} = \vec{AC}\)   ou encore   \(\vec{AB} = \vec{DC}\)

Parallélogramme ABCD

Parallélogramme ABCD : \(\vec{AB} + \vec{AD} = \vec{AC}\)

5) Relation de Chasles

Relation de Chasles : Soient \(A\), \(B\) et \(C\) trois points du plan : \(\vec{AB} + \vec{BC} = \vec{AC}\) On dit alors que : \(\vec{AC} = \vec{AB} + \vec{BC}\).

Relation de Chasles

Relation de Chasles : \(\vec{AB} + \vec{BC} = \vec{AC}\)

II

La colinéarité de deux vecteurs – Alignement de trois points

1) Définition de la colinéarité

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

Vecteurs colinéaires

Vecteurs colinéaires : \(\vec{u} = k\vec{v}\)

2) Alignement de trois points

Propriété : Trois points \(A\), \(B\) et \(C\) sont alignés si et seulement si les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) sont colinéaires. C’est-à-dire : \(\vec{AB} = k\vec{AC}\)   ou   \(\vec{AC} = k\vec{AB}\)

Points alignés

Points A, B et C alignés : \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) colinéaires

3) Droites parallèles

Propriété : Deux droites \((AB)\) et \((CD)\) sont parallèles si et seulement si les vecteurs \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) sont colinéaires : \(\vec{AB} = k\vec{CD}\)   ou   \(\vec{CD} = k\vec{AB}\)

Droites parallèles

Droites parallèles (AB) et (CD) : \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) colinéaires

III

Propriétés du milieu d’un segment

Soit \(I\) le milieu du segment \([AB]\). Les propriétés suivantes sont équivalentes :

  • \(I\) est le milieu de \([AB]\)
  • \(\vec{AB} = 2\vec{AI}\)
  • \(\vec{IA} + \vec{IB} = \vec{0}\)
  • Pour tout point \(M\) du plan : \(\vec{MA} + \vec{MB} = 2\vec{MI}\)
Milieu d'un segment

I milieu de [AB] : \(\vec{IA} + \vec{IB} = \vec{0}\)

📌 Exemple : Si \(I\) est le milieu de \([AB]\), alors pour tout point \(M\) : \(\vec{MA} + \vec{MB} = 2\vec{MI}\). Cette propriété est très utile pour simplifier des expressions vectorielles.

📌 À retenir

  • ✅ Un vecteur est caractérisé par sa direction, son sens et sa norme
  • ✅ \(\vec{u} = \vec{v}\) ⇔ même direction, même sens, même norme
  • ✅ \(\vec{u} = -\vec{v}\) ⇔ même direction, même norme, sens contraires
  • ✅ Relation de Chasles : \(\vec{AB} + \vec{BC} = \vec{AC}\)
  • ✅ \(ABCD\) parallélogramme ⇔ \(\vec{AB} = \vec{DC}\)
  • ✅ \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) colinéaires ⇔ \(\vec{u} = k\vec{v}\)
  • ✅ \(A, B, C\) alignés ⇔ \(\vec{AB}\) et \(\vec{AC}\) colinéaires
  • ✅ \((AB) \parallel (CD)\) ⇔ \(\vec{AB}\) et \(\vec{CD}\) colinéaires
  • ✅ \(I\) milieu de \([AB]\) ⇔ \(\vec{IA} + \vec{IB} = \vec{0}\) ⇔ \(\vec{MA} + \vec{MB} = 2\vec{MI}\)

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