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Produit scalaire et orthogonalité dans l'espace

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  1. 1

    On donne u⃗(20−1)\vec{u}\begin{pmatrix} 2 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix} dans un repère orthonormé. Calcule le carré scalaire u⃗⋅u⃗\vec{u}\cdot \vec{u}, puis la norme ∥u⃗∥\Vert \vec{u}\Vert.

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    Étape 1 — Le carré scalaire vaut u⃗⋅u⃗=∥u⃗∥2\vec{u}\cdot \vec{u} = \Vert \vec{u}\Vert ^{2}, il se calcule aussi par x2+y2+z2x^{2} + y^{2} + z^{2}.
    Étape 2 — u⃗⋅u⃗=22+02+(−1)2=4+0+1=5\vec{u}\cdot \vec{u} = 2^{2} + 0^{2} + (-1)^{2} = 4 + 0 + 1 = 5.
    Étape 3 — Comme u⃗⋅u⃗=∥u⃗∥2\vec{u}\cdot \vec{u} = \Vert \vec{u}\Vert ^{2}, on a∥u⃗∥=5a \Vert \vec{u}\Vert = \sqrt{5}.
    Résultat : u⃗⋅u⃗=5\vec{u}\cdot \vec{u} = 5 et ∥u⃗∥=5\Vert \vec{u}\Vert = \sqrt{5} (soit environ 2,24).

  2. 2

    Les vecteurs u⃗(3−12)\vec{u}\begin{pmatrix} 3 \\ -1 \\ 2 \end{pmatrix} et v⃗(22−2)\vec{v}\begin{pmatrix} 2 \\ 2 \\ -2 \end{pmatrix} sont-ils orthogonaux ?

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    Étape 1 — Deux vecteurs sont orthogonaux si, et seulement si, leur produit scalaire est nul.
    Étape 2 — Je calcule u⃗⋅v⃗=3×2+(−1)×2+2×(−2)\vec{u}\cdot \vec{v} = 3\times 2 + (-1)\times 2 + 2\times (-2).
    Étape 3 — Chaque terme : 3×2=63\times 2 = 6 ; (−1)×2=−2(-1)\times 2 = -2 ; 2×(−2)=−42\times (-2) = -4.
    Étape 4 — J'additionne : 6+(−2)+(−4)=6−6=06 + (-2) + (-4) = 6 - 6 = 0.
    Résultat : u⃗⋅v⃗=0\vec{u}\cdot \vec{v} = 0, donc u⃗\vec{u} et v⃗\vec{v} sont bien orthogonaux.

  3. 3

    Détermine la valeur du nombre k pour que les vecteurs u⃗(12k)\vec{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ k \end{pmatrix} et v⃗(3−11)\vec{v}\begin{pmatrix} 3 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix} soient orthogonaux.

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  4. 4

    Dans un repère orthonormé, A(2 ; 1 ; −1)A(2 \,;\, 1 \,;\, -1) et B(2 ; 4 ; 3). Calcule la distance AB.

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  5. 5

    On donne le vecteur u⃗(122)\vec{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 2 \end{pmatrix} dans un repère orthonormé. Calcule sa norme ∥u⃗∥\Vert \vec{u}\Vert.

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  6. 6

    Deux vecteurs u⃗\vec{u} et v⃗\vec{v} vérifient ∥u⃗∥=4\Vert \vec{u}\Vert = 4, ∥v⃗∥=6\Vert \vec{v}\Vert = 6 et u⃗⋅v⃗=12\vec{u}\cdot \vec{v} = 12. Détermine la valeur de cos(θ), puis l'angle θ.

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  7. 7

    Dans un repère orthonormé, calcule le produit scalaire de u⃗(1−34)\vec{u}\begin{pmatrix} 1 \\ -3 \\ 4 \end{pmatrix} et v⃗(21−1)\vec{v}\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix}.

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  8. 8

    Deux vecteurs u⃗\vec{u} et v⃗\vec{v} vérifient ∥u⃗∥=3\Vert \vec{u}\Vert = 3, ∥v⃗∥=5\Vert \vec{v}\Vert = 5 et l'angle entre eux mesure 60∘60^{\circ}. Calcule u⃗⋅v⃗\vec{u}\cdot \vec{v}.

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  9. 9

    Dans un repère orthonormé, on donne u⃗(2−13)\vec{u}\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 3 \end{pmatrix} et v⃗(140)\vec{v}\begin{pmatrix} 1 \\ 4 \\ 0 \end{pmatrix}. Calcule le produit scalaire u⃗⋅v⃗\vec{u}\cdot \vec{v}.

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  10. 10

    Dans un repère orthonormé, A(1 ; 0 ; 2) et B(4 ; −2 ; 2)B(4 \,;\, -2 \,;\, 2). Donne les coordonnées du vecteur AB→\overrightarrow{AB}, puis calcule la distance AB.

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