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Produit scalaire

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Le chapitre en bref

Ce que tu vas savoir faire

  • Calculer la projection orthogonale d'un vecteur sur un axe, et l'interpréter comme ∥u⃗∥cos⁡θ\Vert \vec{u} \Vert \cos\theta.
  • Calculer un produit scalaire avec la définition géométrique ∥u⃗∥×∥v⃗∥×cos⁡θ\Vert \vec{u} \Vert \times \Vert \vec{v} \Vert \times \cos\theta.
  • Utiliser la bilinéarité et la symétrie pour développer des expressions.
  • Calculer un produit scalaire et une norme avec les coordonnées, dans une base orthonormée.
  • Démontrer que deux vecteurs sont orthogonaux, et calculer un angle non orienté.
  • Calculer une longueur avec le théorème d'Al-Kashi et utiliser l'égalité du parallélogramme.

Le plan du chapitre

  1. 1Projection orthogonale d'un vecteur sur un axe
  2. 2Définition du produit scalaire
  3. 3Symétrie et bilinéarité
  4. 4Avec les coordonnées
  5. 5Al-Kashi, parallélogramme et travail d'une force

À retenir

  • Projection de u⃗\vec{u} sur un axe dirigé par v⃗\vec{v} : ∥u⃗∥cos⁡θ\Vert \vec{u} \Vert \cos\theta, positive si θ aigu, négative si θ obtus.
  • u⃗⋅v⃗=∥u⃗∥×∥v⃗∥×cos⁡θ\vec{u} \cdot \vec{v} = \Vert \vec{u} \Vert \times \Vert \vec{v} \Vert \times \cos\theta : c'est un nombre.
  • Symétrie et bilinéarité ; u⃗⋅u⃗=∥u⃗∥2\vec{u} \cdot \vec{u} = \Vert \vec{u} \Vert^{2} ; ∥u⃗+v⃗∥2=∥u⃗∥2+2 u⃗⋅v⃗+∥v⃗∥2\Vert \vec{u} + \vec{v} \Vert^{2} = \Vert \vec{u} \Vert^{2} + 2\,\vec{u} \cdot \vec{v} + \Vert \vec{v} \Vert^{2}.
  • En base orthonormée : u⃗⋅v⃗=xx′+yy′\vec{u} \cdot \vec{v} = xx' + yy' et ∥u⃗∥=x2+y2\Vert \vec{u} \Vert = \sqrt{x^{2} + y^{2}}.
  • Orthogonaux   ⟺  \iff produit scalaire nul. Angle : cos⁡θ=u⃗⋅v⃗∥u⃗∥∥v⃗∥\cos\theta = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{\Vert \vec{u} \Vert \Vert \vec{v} \Vert}.
  • Al-Kashi : a2=b2+c2−2bccos⁡A^a^{2} = b^{2} + c^{2} - 2bc\cos\widehat{A}, généralisation de Pythagore.

Les questions éclair

Quelle est la définition géométrique du produit scalaire ?

u⃗\vec{u} · v⃗\vec{v} = ‖u⃗\vec{u}‖ × ‖v⃗\vec{v}‖ × cos θ, où θ est l'angle entre les deux vecteurs.

Comment calcule-t-on u⃗\vec{u} · v⃗\vec{v} avec les coordonnées ?

Dans une base orthonormée : xx' + yy'.

Comment reconnaître deux vecteurs orthogonaux ?

Leur produit scalaire est nul.

Que dit le théorème d'Al-Kashi ?

Dans un triangle, a² = b² + c² − 2bc cos Â, où a est le côté opposé à Â.

Quel est le travail d'une force perpendiculaire au déplacement ?

Nul, car cos 90° = 0.

Le sais-tu ?

Le mot « travail » a été introduit en mécanique en 1826 par l'ingénieur français Gaspard-Gustave Coriolis, celui-là même qui a donné son nom à la force de Coriolis. Il cherchait à mesurer ce que produisent réellement les machines, moulins, pompes, machines à vapeur, et remarqua que seule la part de la force dans la direction du mouvement compte. Le produit scalaire, lui, n'a reçu sa notation moderne qu'à la fin du XIXe siècle, grâce au physicien américain Josiah Willard Gibbs, qui cherchait justement un outil commode pour l'électromagnétisme.