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Le plan est muni d'un repère orthonormé et on donne les points $A(0;-2)$, $B(3;-3)$ et $C(8; 2)$.
  1. Déterminer une équation de la médiatrice $(d)$ de $[AB]$

    Vecteur normal


    Le plan est muni d'un repère orthonormé.
    Soit $(d)$ une droite, $\overrightarrow{n}$ est un vecteur normal à $(d)$ si $\overrightarrow{v}$ est orthogonal à tout vecteur directeur de $(d)$.
    Si $ax+by+c=0$ est une équation cartésienne de $(d)$ alors$\overrightarrow{n}(a;b)$

    Déterminer une équation cartésienne


    Déterminer une équation cartésienne de la droite $(AB)$ avec $A(x_A;y_A)$ et $B(x_B;y_B)$ donnés dans un repère.
    Méthode 1
    - calculer les coordonnée du vecteur $\overrightarrow{AB}$ vecteur directeur de $(AB)$
    - Si le point $M(x;y)$ appartient à $(AB)$, les vecteurs $\overrightarrow{AM}$ et $\overrightarrow{AB}$ sont colinéaires
    - $det(\overrightarrow{AM};\overrightarrow{AB})=0$

    Méthode 2
    - calculer les coordonnée du vecteur $\overrightarrow{AB}$ vecteur directeur de $(AB)$
    - Les coordonnées de $\overrightarrow{AB}(-b;a)$ donnent les coefficients $a$ et $b$ d'une équation cartésienne
    - $(AB)$: $ax+by+c=0$ et $A\in (AB)$ donc $ax_A+by_A+c=0$ (équation d'inconnue $c$)
    Calculer les coordonnées du vecteur $ \overrightarrow{AB}$ et du milieu $I$ de $[AB]$
    Ultiliser les coordonnées de $I$ pour calculer $c$
    La médiatrice $(d)$ de $[AB]$ passe par le milieu I de $[ AB]$ et est perpendiculaire à $(AB)$
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{AB}} = x_B - x_A = 3 - 0 = 3\\ y_{ \overrightarrow{AB}} = y_B - y_A = -3 - (-2) = -1 \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{AB}(3;-1)$ est un vecteur directeur de $(AB)$ donc un vecteur normal à la droite $(d)$
    Soit $I$ le milieu de $[AB]$ :
    $\begin{cases} x_I =\dfrac{ x_A + x_B}{2}=\dfrac{3}{2} \\ y_I = \dfrac{ y_A + y_B}{2}=\dfrac{-3-2}{2}=\dfrac{-5}{2} \end{cases}$
    donc $I(\dfrac{3}{2};\dfrac{-5}{2})$
    Si $M(x; y)$ distinct de $I$ appartenant à $(d)$, $ \overrightarrow{IM}$ et $ \overrightarrow{AB}$ sont orthogonaux.
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{IM}} = x_M - x_I = x -\dfrac{3}{2}\\ y_{ \overrightarrow{IM}} = y_M - y_I = y+\dfrac{5}{2} \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{IM}(x -\dfrac{3}{2}; y+\dfrac{5}{2})$
    $ \overrightarrow{IM}. \overrightarrow{AB}=0$
    $\Longleftrightarrow (x -\dfrac{3}{2})\times 3+(y+\dfrac{5}{2})\times (-1)=0$
    $\Longleftrightarrow 3x -\dfrac{9}{2}-y-\dfrac{5}{2}=0$
    $\Longleftrightarrow 3x-y-7=0$
  2. Déterminer une équation de la médiatrice $(d')$ de $[AC]$.
    Calculer les coordonnées du vecteur $ \overrightarrow{AC}$ et du milieu $J$ de $[AC]$
    $M(x;y)\in (d')$ si et seulement si $ \overrightarrow{JM}. \overrightarrow{AC}=0$
    La médiatrice $(d')$ de $[AC]$ passe par le milieu J de $[ AC]$ et est perpendiculaire à $(AC)$
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{AC}} = x_C - x_A = 8-0=8\\ y_{ \overrightarrow{AC}} = y_C - y_A = 2-(-2)=4 \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{AC}(8;4)$ est un vecteur directeur de $(AC)$ donc un vecteur normal à la droite $(d')$
    Soit $J$ le milieu de $[AC]$ :
    $\begin{cases} x_J =\dfrac{ x_A + x_C}{2}=\dfrac{8+0}{2}=4 \\ y_J = \dfrac{ y_A + y_C}{2}=\dfrac{-2+2}{2}=0 \end{cases}$
    donc $J(4;0)$
    Soit $M(x; y)$ distinct de $J$ appartenant à $(d')$, $ \overrightarrow{JM}$ et $ \overrightarrow{AC}$ sont orthogonaux.
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{JM}} = x_M - x_J = x -4\\ y_{ \overrightarrow{JM}} = y_M - y_J = y \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{JM}(x-4; y)$
    $\overrightarrow{JM}. \overrightarrow{AC}=0$
    $\Longleftrightarrow x_{ \overrightarrow{JM}}x_{ \overrightarrow{AC}}+y_{ \overrightarrow{JM}}y_{ \overrightarrow{AC}}=0$
    $\Longleftrightarrow (x -4)\times 8+y\times 4=0$
    $\Longleftrightarrow 8x+4y-32=0$
    $\Longleftrightarrow 2x+y-8=0$
  3. Déterminer les coordonnées du centre $ S$ du cercle circonscrit au triangle $ABC$ puis une équation de ce cercle.
    $S$ est le point d'intersection de $(d)$ et $(d')$
    Il faut résoudre le système formé avec les équations de $(d)$ et $(d')$
    Le centre S du cercle circonscrit au triangle ABC est le point d'intersection des médiatrices $(d)$ et $(d')$
    Il faut donc résoudre le système d'équations formé avec les équations de $(d)$ et $(d')$ :
    $\phantom{\Longleftrightarrow}\begin{cases} 3x - y - 7 = 0 \\ 2x + y - 8 = 0 \end{cases}$
    $\Longleftrightarrow\begin{cases} 3x- 7 = y \\ 2x +3x-7 - 8 = 0 \end{cases}$
    $\Longleftrightarrow \begin{cases} 3x- 7 = y \\ 5x = 15 \end{cases}$
    $\Longleftrightarrow \begin{cases} 3\times 3- 7 = y \\ x=3 \end{cases}$
    $\Longleftrightarrow \begin{cases} 2 = y \\ x=3 \end{cases}$

    Calcul du rayon $r$ de ce cercle:
    $r=SA=\sqrt{(x_A-x_S)^2+(y_A-y_S)^2}=\sqrt{(0-3)^2+(2-(-2))^2}=\sqrt{9+16}=5$
    Le cercle circonscrit au triangle $ABC$ a donc pour centre $S(3;2)$ et rayon $r=5$
    Une équation de ce cercle est donc:
    $(x-x_S)^2+(y-y_S)^2=r^2$ soit ici $(x-3)^2+(y-2)^2=5^2$
  4. Soit $K$ le milieu de $[BC]$.
    Vérifier que la droite $(KS)$ est perpendiculaire à $(BC)$.

    Orthogonalité


    Pour tous vecteurs $\overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ non nuls, on a:
    $\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}=0 \Longleftrightarrow \overrightarrow{u}$ et $\overrightarrow{v}$ sont orthogonaux.
    Calculer les coordonnées des vecteurs $ \overrightarrow{KS}$ et $ \overrightarrow{BC}$
    puis $ \overrightarrow{KS}. \overrightarrow{BC}$
    Soit $K$ le milieu de $[BC]$ :
    $\begin{cases} x_K =\dfrac{ x_B + x_C}{2}=\dfrac{8+3}{2}=\dfrac{11}{2} \\ y_K =\dfrac{ y_B + y_C}{2}=\dfrac{-3+2}{2}=\dfrac{-1}{2} \\ \end{cases}$
    donc $K(\dfrac{11}{2};\dfrac{-1}{2} )$
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{KS}} = x_S - x_K = 3-\dfrac{11}{2}=\dfrac{-5}{2}\\ y_{ \overrightarrow{KS}} = y_S - y_K = 2-\dfrac{-1}{2}=\dfrac{5}{2} \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{KS}(\dfrac{-5}{2};\dfrac{5}{2})$
    $\begin{cases} x_{ \overrightarrow{BC}} = x_C - x_B = 8-3=5\\ y_{ \overrightarrow{BC}} = y_C - y_B = 2-(-3)=5 \end{cases}$
    donc $ \overrightarrow{BC}(5;5)$
    $ \overrightarrow{KS}. \overrightarrow{BC}=x_{ \overrightarrow{KS}}x_{ \overrightarrow{BC}}+y_{ \overrightarrow{KS}}y_{ \overrightarrow{BC}}$
    $\phantom{ \overrightarrow{KS}. \overrightarrow{BC}}=\dfrac{-5}{2}\times 5+\dfrac{5}{2}\times 5$
    $\phantom{ \overrightarrow{KS}. \overrightarrow{BC}}=\dfrac{-25}{2}+\dfrac{25}{2}$
    $\phantom{ \overrightarrow{KS}. \overrightarrow{BC}}=0$
    donc $ \overrightarrow{KS}$ et $ \overrightarrow{BC}$ sont orthogonaux

    :
    La droite $(KS)$ est donc bien la médiatrice de $[BC]$
    Les trois médiatrices sont concourantes en $S$.
  5. Contrôler les résultats avec GEOGEBRA
    aide GEOGEBRA
    Placer les points $A$, $B$ et $C$
    Placer les points $I$ et $J$ (commande milieu) en pointant les sommets du triangle A et B puis A et C
    puis tracer (commande droite perpendiculaire) les droites $(d)$ et $(d')$ et placer le point $S$ (commande intersectionde deux objets)
    Tracer le cercle de centre S et rayon $SA$ par exemple puis contrôler avec l'équation affichée dans la fenêtre algèbre
    Placer les points $A$, $B$ et $C$
    Placer les points $I$ et $J$ (commande milieu) en pointant les sommets du triangle A et B puis A et C
    puis tracer (commande droite perpendiculaire) les droites $(d)$ et $(d')$ puis vérifier que celles-ci sont sécantes en $S(3; 2)$
    Tracer le cercle de centre S et rayon $SA$ par exemple.

    Ouvrir le fichier GEOGEBRA de la figure

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Fiche méthode


Si cet exercice vous pose problème, nous vous conseillons de consulter la fiche méthhode.

Droites perpendiculaires

- déterminer si deux droites sont perpendiculaires
- déterminer une équation cartésienne d'une perpendiculaire


infos: | mn |

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