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Coordonnées et colinéarité

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  1. 1

    Démontre que deux vecteurs u⃗(x;y)\vec{u}(x ; y) et v⃗(x′;y′)\vec{v}(x' ; y') sont colinéaires si et seulement si xy′−x′y=0xy' - x'y = 0.

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    Supposons les vecteurs colinéaires avec u⃗\vec{u} non nul : il existe alors un réel kk tel que v⃗=ku⃗\vec{v} = k\vec{u}, donc x′=kxx' = kx et y′=kyy' = ky. Le déterminant vaut alors x×ky−kx×y=kxy−kxy=0x \times ky - kx \times y = kxy - kxy = 0.
    Réciproquement, supposons xy′−x′y=0xy' - x'y = 0 avec u⃗\vec{u} non nul, par exemple x≠0x \ne 0. Posons k=x′xk = \dfrac{x'}{x} : alors x′=kxx' = kx, et la relation donne y′=x′yx=kyy' = \dfrac{x'y}{x} = ky. Donc v⃗=ku⃗\vec{v} = k\vec{u}.
    Si u⃗\vec{u} est nul, les deux vecteurs sont colinéaires par convention et le déterminant est nul : l'équivalence est donc vraie dans tous les cas.

  2. 2

    Calcule l'aire du triangle de sommets A(0;0)A(0 ; 0), B(5;1)B(5 ; 1) et C(2;6)C(2 ; 6).

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    Les vecteurs AB→(5;1)\overrightarrow{AB}(5 ; 1) et AC→(2;6)\overrightarrow{AC}(2 ; 6) construisent un parallélogramme dont l'aire est la valeur absolue du déterminant.
    5×6−2×1=30−2=285 \times 6 - 2 \times 1 = 30 - 2 = 28.
    L'aire du parallélogramme vaut donc 28, et celle du triangle en est la moitié : 14 unités d'aire.

  3. 3

    Détermine les coordonnées du point DD tel que ABDCABDC soit un parallélogramme, avec A(1;3)A(1 ; 3), B(5;1)B(5 ; 1) et C(7;7)C(7 ; 7).

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  4. 4

    Démontre en coordonnées que les diagonales d'un parallélogramme se coupent en leur milieu.

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  5. 5

    Démontre la formule donnant la norme d'un vecteur dans un repère orthonormé.

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  6. 6

    Deux vecteurs non nuls sont colinéaires. Démontre qu'il existe un réel kk tel que le second soit égal à kk fois le premier.

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  7. 7

    Démontre que ABCDABCD est un parallélogramme avec A(2;1)A(2 ; 1), B(6;3)B(6 ; 3), C(4;7)C(4 ; 7) et D(0;5)D(0 ; 5), puis calcule son aire.

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  8. 8

    Explique pourquoi la formule de la norme exige un repère orthonormé, alors que le test de colinéarité n'en a pas besoin.

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  9. 9

    Soit AA un point et u⃗\vec{u} un vecteur non nul. Décris l'ensemble des points MM tels que AM→\overrightarrow{AM} et u⃗\vec{u} soient colinéaires.

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  10. 10

    Démontre que trois points AA, BB et CC sont alignés si et seulement si le déterminant de AB→\overrightarrow{AB} et AC→\overrightarrow{AC} est nul.

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Coordonnées et colinéarité : exercices niveau expert