Vecteurs du plan

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📚 Contenu du cours

I. Notion de vecteur

Un vecteur est défini par :

  • Une direction (la droite qui le supporte),
  • Un sens (l'orientation sur cette droite),
  • Une norme (longueur, notée ‖u‖).

Le vecteur AB est le vecteur dont le point de départ est A et le point d'arrivée est B. Sa norme est ‖AB‖ = AB (distance).

Le vecteur nul, noté 0, est le vecteur AA pour tout point A. Sa norme est 0.

II. Égalité de vecteurs — translation

Deux vecteurs AB et CD sont égaux (AB = CD) s'ils ont la même direction, le même sens et la même norme.

Géométriquement : AB = CD ⇔ ABDC est un parallélogramme (ou A = C et B = D).

Il y a une infinité de représentants d'un même vecteur (un par point de départ). Tous les vecteurs égaux forment un même vecteur « libre ».

La translation de vecteur u est la transformation qui associe à tout point M le point M' tel que MM' = u.

III. Addition de vecteurs

La somme de deux vecteurs u = AB et v = BC est le vecteur :

u + v = AB + BC = AC (règle de Chasles)

Règle de Chasles : pour tous points A, B, C :

AB + BC = AC

Conséquences : AB + BA = 0 ; AC = AB + BC = AB − CB.

Pour tout point O : OB − OA = AB.

Propriétés de l'addition :

  • Commutativité : u + v = v + u.
  • Associativité : (u + v) + w = u + (v + w).
  • Élément neutre : u + 0 = u.
  • Opposé : u + (−u) = 0, avec −AB = BA.

IV. Multiplication par un scalaire

Soit u un vecteur et k un réel. Le vecteur k·u est défini par :

  • ‖k·u‖ = |k| · ‖u‖ (norme multipliée par |k|),
  • Même direction que u,
  • Même sens si k > 0, sens opposé si k < 0.
  • Si k = 0 ou u = 0, alors k·u = 0.

Colinéarité : deux vecteurs u et v (non nuls) sont colinéaires ssi il existe un réel k tel que v = k·u.

⇔ ils ont la même direction (ou directions opposées).

Application : A, B, C sont alignés ⇔ AB et AC sont colinéaires.

V. Coordonnées d'un vecteur

Dans un repère (O ; i, j), tout vecteur u s'écrit de façon unique :

u = x·i + y·j

On note u(x, y) ou u = (x, y). Les réels x et y sont les coordonnées de u.

Si A(xA, yA) et B(xB, yB), alors :

AB = (xB − xA ; yB − yA)

Calculs avec les coordonnées : si u(x, y) et v(x', y') :

  • u + v = (x + x', y + y')
  • k·u = (kx, ky)
  • ‖u‖ = √(x² + y²)
  • u = v ⇔ x = x' et y = y'
  • u et v colinéaires ⇔ xy' − yx' = 0 (déterminant nul)

VI. Milieu d'un segment

Le milieu I de [AB] vérifie IA + IB = 0. Ses coordonnées sont :

xI = (xA + xB)/2,   yI = (yA + yB)/2

🔑 Formules clés à retenir

  • Chasles : AB + BC = AC
  • OB − OA = AB
  • AB = (xB−xA ; yB−yA)
  • ‖u‖ = √(x²+y²)
  • Colinéaires ⇔ xy'−yx' = 0
  • Milieu I de [AB] : (xI, yI) = ((xA+xB)/2 , (yA+yB)/2)
  • k·u = (kx, ky) ; ‖k·u‖ = |k|·‖u
⚠️

Astuces & Pièges à éviter

Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !

🔴 Pièges classiques

Inverser l'ordre de soustraction des coordonnées — AB = (xB − xA ; yB − yA). C'est B moins A, pas A moins B.

Confondre vecteur nul et point origine — Le vecteur nul 0 a des coordonnées (0, 0) mais il n'est pas un point, c'est un vecteur sans direction.

Oublier que AB ≠ BA — Ces deux vecteurs sont opposés : BA = −AB. La direction est la même, le sens est opposé.

🟢 Astuces de pros

Test de parallélogramme ABCD : ABCD est un parallélogramme si et seulement si AB = DC (pas CD !). Attention à l'ordre des lettres.

💡

Pour la règle de Chasles, penser à un chemin : AB + BC = AC. Le B "se simplifie" : on part de A, on passe par B, on arrive en C.