La Spécialité Maths en Première

L'essentiel pour réussir ses devoirs

Produit scalaire dans le plan

Exercice 4

ABCD est un carré. F est sur le segment [BC]. B est sur le segment [AE]. Le triangle BEF est isocèle en B.
fig7
On notera que le triangle BEF est rectangle en B.

  1. Que peut-on conjecturer quant aux droites (AF) et (CE)?
  2. On rapporte le plan au repère orthonormé (A, B, D).
    On pose $BE=x$.
    Donner, sans justifier, les coordonnées des points A, B, C, D, E et F.
  3. Montrer que le vecteur ${CE}↖{→}$ a pour coordonnées $(x;-1)$.
  4. Démontrer la conjecture du 1.
  5. Nous allons ici prouver la conjecture du 1. de façon plus élégante, sans utiliser de repère.
    Il est clair que $AB=CB$ et $BF=BE$.
    Expliquer pourquoi on a: ${AB}↖{→}.{CB}↖{→}=0$ et ${BF}↖{→}.{BE}↖{→}=0$.
    Décomposer habilement les vecteurs ${AF}↖{→}$ et ${CE}↖{→}$ à l'aide de la relation de Chasles pour pouvoir calculer facilement le produit scalaire ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}$.
    Conclure.
Solution...
Corrigé
  1. Conjecture: les droites (AF) et (CE) sont perpendiculaires.

  2. On rapporte le plan au repère orthonormé (A, B, D).
    On pose $BE=x$.
    On obtient:   $A(0;0)$   $B(1;0)$    $C(1;1)$   $D(0;1)$   $E(1+x;0)$    $F(1;x)$.

  3. ${CE}↖{→}$ a pour coordonnées $(x_E-x_C;y_E-y_C)=(1+x-1;0-1)=(x;-1)$.

  4. ${AF}↖{→}$ a pour coordonnées $(1;x)$.
    On calcule: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}=1×x+x×(-1)=x-x=0$
    Donc les vecteurs ${AF}↖{→}$ et ${CE}↖{→}$ sont orthogonaux.
    Donc les droites (AF) et (CE) sont perpendiculaires.
    La conjecture du 1. est démontrée.

  5. ABCD est un carré, donc (AB) et (CB) sont perpendiculaires.
    Donc les vecteurs ${AB}↖{→}$ et ${CB}↖{→}$ sont orthogonaux.
    Donc: ${AB}↖{→}.{CB}↖{→}=0$.
    De même, comme BEF est rectangle en B, on obtient: ${BF}↖{→}.{BE}↖{→}=0$.

    On a: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}=({AB}↖{→}+{BF}↖{→}).({CB}↖{→}+{BE}↖{→})$   (d'après la relation de Chasles)
    Soit: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}={AB}↖{→}.{CB}↖{→}+{AB}↖{→}.{BE}↖{→}+{BF}↖{→}.{CB}↖{→}+{BF}↖{→}.{BE}↖{→}$
    Soit: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}=0+{AB}↖{→}.{BE}↖{→}+{BF}↖{→}.{CB}↖{→}+0$
    Or, comme F est sur le segment [BC] et B est sur le segment [AE], on a:
    ${AB}↖{→}.{BE}↖{→}=AB×BE$   et   ${BF}↖{→}.{CB}↖{→}=-BF×CB$
    Donc on obtient: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}=AB×BE-BF×CB$
    Or, comme ABCD est un carré, et que BEF est isocèle en B, on a: $AB=CB$ et $BE=BF$
    Par conséquent: ${AF}↖{→}.{CE}↖{→}=AB×BE-BE×AB=0$

    La conclusion est donc la même qu'à la question précédente.
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