Mathématiques du secondaire qualifiant

Produit scalaire (1)

1- Expression analytique du produit scalaire

1.1 Expression analytique du produit scalaire

1.1.1 Repère orthonormé

Soient i→ ; j→ deux vecteurs non colinéaires et O un point du plan P.
(O;i→ ; j→) est un repère orthonormé
si i→⊥j→ et ||i→||=||j→||=1.

Désormais le plan est raporté au repère orthonormé (O;i→;j→).

1.1.2 Orthogonalité de deux vecteurs

Propriété
Soient u→ et v→ deux vecteurs.
u→⊥v→ ⇔ u→.v→=0.

Démonstration
u→.v→ =||u→||×||v→||cos(u→;v→).

Donc u→.v→=0 ⇔
||u→||×||v→||cos(u→;v→)=0
⇔ cos(u→;v→)=0 ou ||u→||=0 ou ||v→||=0
ou encore u→.v→=0 ⇔
⇔ (u→;v→)≡π/2[π] ou u→=0→ ou v→=0→
⇔ u→⊥v→.
Notons que le vecteur 0→ est orthogonal à tout vecteur du plan.

1.1.3 Produit scalaire

Soient u→(a;b) et v→(a';b') deux vecteurs.
u→.v→ = aa'+bb'.

Demonstration
u→.v→=(ai→+bj→).(a'i→ +b'j→)
= aa'i→.i→+ab'i→.j→+ba'j→ . i→ + bb'j→.j→.
Puisque i→.i→=||i→||²=1
j→.j→=||j→||²=1 et i→ . j→ =j→.i→=0
alors u→.v→= aa' + bb'.

Exemples
1) Soient u→(5;-3) et v→(4;7) deux vecteurs.
u→.v→=5×4+(-3)×7=20-21= 1.
2) Soient u→(-8;-2) et v→(3;-12) deux vecteurs.
u→.v→=-8×3 - 2×(-12)
donc u→.v→=0.
Dans ce cas u→ et v→ sont orthogonaux et on écrit u→⊥v→.

1.2 Expression analytique de la norme

1.2.1 Définition

La norme d'un vecteur u→ est un nombre positif, notée ||u→|| et défini par
||u→||=√(u→.u→).

1.2.2 Propriété

Soit u→(a ; b) un vecteur.
||u→||= √(a² + b²).

Exemple
Soient u→(-5 ; 2) un vecteur.
||u→||=√((-5)² + 2²) = √29.

1.2.3 Expression analytique de la distance

Propriété
Soient A(a ; b) et B(a' ; b') deux points du plan. La distance de A à B, notée AB est définie par
AB=||AB→||= √((a'-a)²+(b'-b)²).

Exemple
Soient A(2 ; 5) et B(12 ; -15) deux points du plan.
Calculer la distance AB.

Correction
AB=√((12-2)² + (-15-5)²)
= √(100+400) = √500
=10√5
ainsi AB=10√(5).