2.Equations cartésiennes d’une droite.

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Méthodes pour déterminer une équation cartésienne d’une droite.

Sommaire
  1. 1. Méthodes pour déterminer une équation cartésienne d’une droite.
    1. 1.1. Exemple n°1 :
    2. 1.2. Exemple n°2:
    3. 1.3. Exemple n°3:
  2. 2. Exercice
  3. 3. une page géogébra pour valider les réponses de l’exercice

Exemple n°1 :

Cas où la droite est définie par deux points A (5;3) et B(-1;6)

METHODE N°1:

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la droite (AB) où A(5;3) et B(-1;6) .

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0 vérifiée par les coordonnées (x;y) d’un point quelconque de la droite (AB) que l’on va nommer M . La figure géométrique suivante traduit la situation qui nous intéresse.

Pour  caractériser la situation géométrique ci-dessus, nous allons utiliser trois langages différents : le langage des points et des droites, le langage des vecteurs et celui des coordonnées.

Langage des points et des droites

Langage des vecteurs

Langage des coordonnées

Les trois points A, B , M sont alignés.

Les vecteurs \overrightarrow {AB} et \overrightarrow {AM} sont colinéaires.

ou

Les vecteurs \overrightarrow {BA} et \overrightarrow {BM} sont colinéaires.

ou

Les vecteurs \overrightarrow {MA} et \overrightarrow {MB} sont colinéaires.

Les coordonnées des vecteurs \overrightarrow {AB} et \overrightarrow {AM} sont proportionnelles c’est-à-dire que det(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AM}) =0 

ou

Les coordonnées des vecteurs \overrightarrow {BA} et \overrightarrow {BM} sont proportionnelles c’est-à-dire que det(\overrightarrow{BA};\overrightarrow{BM}) =0 

ou

Les coordonnées des  vecteurs \overrightarrow {MA} et \overrightarrow {MB} sont proportionnelles c’est-à-dire que det(\overrightarrow{MA};\overrightarrow{MB}) =0 .

1)On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AB}

On n’hésite pas à repérer les coordonnées des points A et B ainsi

\hspace{0.6cm} x_{A} y_{A} \hspace{0.6cm} x_{B} y_{B}

\hspace{0.2cm} A(5;3) \hspace{0.4cm} B(-1;6)

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AB} (x_{B}-x_{A};y_{B}-y_{A}) 

Et on prend soin de bien remplacer les lettres par les bons nombres. Dans le cas d’un nombre négatif, on le met entre parenthèses.

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AB} ((-1)-5;6-3)

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AB} (-6;3)

2) On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM}

On n’hésite pas à repérer les coordonnées des points A et M ainsi

\hspace{0.6cm} x_{A} y_{A} \hspace{0.6cm} x_{M} y_{M}

\hspace{0.2cm} A(5;3) \hspace{0.4cm} M(x;y)

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM} (x_{M}-x_{A};y_{M}-y_{A}) 

Et on prend soin de bien remplacer les lettres par les bons nombres. Dans le cas d’un nombre négatif, on le met entre parenthèses.

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AM} (x-5;y-3)

3) Je calcule le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{AB} et \overrightarrow{AM}

J’utilise la distributivité de la multiplication par rapport à l’addition pour développer les deux produits.

det(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AM}) =-6y+18-3x+15

Je réduis la somme en ajoutant 18 et 15

det(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AM}) =-6y-3x+33

4) J’écris une équation cartésienne de la droite (AB)

Comme  le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{AB} et \overrightarrow{AM} est nul alors -6y-3x+33=0. On prend soin de réécrire l’égalité en placant les x avant les y.

la droite (AB) admet -3x-6y+33=0 pour équation cartésienne.

METHODE N°2 :

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la  droite D qui passe par  A (5;3) et B (-1;6) .

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0.

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AB}

On n’hésite pas à repérer les coordonnées des points A et B ainsi

\hspace{0.6cm} x_{A} y_{A} \hspace{0.6cm} x_{B} y_{B}

\hspace{0.2cm} A(5;3) \hspace{0.4cm} B(-1;6)

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AB} (x_{B}-x_{A};y_{B}-y_{A}) 

Et on prend soin de bien remplacer les lettres par les bons nombres. Dans le cas d’un nombre négatif, on le met entre parenthèses.

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AB} ((-1)-5;6-3)

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AB} (-6;3)

le vecteur \overrightarrow{AB} (-6;3) est un vecteur directeur de D .

On sait , d’après le cours , que le  vecteur de coordonnées (-b;a) est un vecteur directeur de la droite D d’équation ax+by+c=0 .

Donc ici  -b=-6 et  a=3.

Ou encore b=6 et  a=3.

Donc une équation cartésienne de D est de la forme 3x+6y+c=0.

Pour déterminer c, il suffit de remplacer x et y par les coordonnées du point A c’est-à-dire 5 et 3.

{3}\times{5}+{6}\times{3}+c=0

On résout l’équation dont l’inconnue est c.

15+18+c=0\33+c=0\c=-33

Une équation de la droite D est 3x+6y-33=0.

Remarque avec la méthode n°1, on obtient –3x-6y+33=0. Il s’agit bien sûr de la même droite  D qui possède plusieurs équations cartésiennes qui se déduisent toutes les unes des autres en multipliant par un nombre ici -1. 

Vérification à l’aide de Géogébra.

Placer le point A

Cliquer sur le deuxième onglet en haut à droite et sélectionner Point dans le menu déroulant. Cliquer dans le repère sur le point de coordonnées  (5;3).

Placer le point B

Cliquer sur le deuxième onglet en haut à droite et sélectionner Point dans le menu déroulant. Cliquer dans le repère sur le point de coordonnées  (-1;6).

Tracer la droite (AB)

Cliquer sur le troisième onglet en haut à droite et sélectionner Droite dans le menu déroulant. Cliquer dans le repère sur les points  A et B. Une équation de la droite (AB) apparaît dans la colonne de gauche, cliquer droit sur l’équation et choisir l’équation   ax+by+c=0.

Exemple n°2:

Cas où la droite D passe par un point  A (3;1) et admet \overrightarrow{u}(2;1) pour vecteur directeur.

METHODE N°1:

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la droite D passant par un point  A (3;1) et admettant \overrightarrow{u}(2;1) pour vecteur directeur.

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0 vérifiée par les coordonnées (x;y) d’un point quelconque de la droite D que l’on va nommer M . La figure géométrique suivante traduit la situation qui nous intéresse.

Langage des points et des droites

Langage des vecteurs

Langage des coordonnées

M est situé sur la droite D

Les vecteurs \overrightarrow{AM} et \overrightarrow{u} sont colinéaires.

det(\overrightarrow{u}; \overrightarrow{AM}) = 0

1) On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM}

On n’hésite pas à repérer les coordonnées des points A et M ainsi

\hspace{0.6cm} x_{A} y_{A} \hspace{0.6cm} x_{M} y_{M}

\hspace{0.2cm} A(3;1) \hspace{0.4cm} M(x;y)

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM} (x_{M}-x_{A};y_{M}-y_{A}) 

Et on prend soin de bien remplacer les lettres par les bons nombres. Dans le cas d’un nombre négatif, on le met entre parenthèses.

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AM} (x-3;y-1)

2) Je calcule le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{u} et \overrightarrow{AM}

J’utilise la distributivité de la multiplication par rapport à l’addition pour développer les deux produits.

det(\overrightarrow{u};\overrightarrow{AM}) =2y-2-x+3 

Je réduis la somme en ajoutant -2 et 3

det(\overrightarrow{u};\overrightarrow{AM}) =2y-x+1 

3) J’écris une équation cartésienne de la droite D

Comme  le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{u} et \overrightarrow{AM} est nul alors 2y-x+1=0. On prend soin de réécrire l’égalité en placant les x avant les y.

la droite D admet -x+2y+1=0 pour équation cartésienne.

METHODE N°2:

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la  droite D qui passe par un point  A (3;1) et qui admet \overrightarrow{u}(2;1) pour vecteur directeur.

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0 .

Comme \overrightarrow{u}(2;1) est un  vecteur directeur de D ,l’équation de  D est de la forme

On sait , d’après le cours , que le  vecteur de coordonnées (-b;a) est un vecteur directeur de la droite D d’équation ax+by+c=0 .

Donc ici  -b=2 et  a=1.

Ou encore b=-2 et  a=1.

L’équation de D est de la forme : x-2y+c=0.

Pour déterminer c, il suffit de remplacer x et y par les coordonnées du point A c’est-à-dire 3 et 1.

3-{2}\times{1}+c=0

On résout l’équation dont l’inconnue est c.

3-2+c=0\1+c=0\c=-1

Une équation de la droite D est x-2y-1=0.

Remarque avec la méthode n°1, on obtient –x+2y+1=0. Il s’agit bien sûr de la même droite  D qui possède plusieurs équations cartésiennes qui se déduisent toutes les unes des autres en multipliant par un nombre ici -1. 

Exemple n°3:

Cas où la droite D passe par  A (3;5) et est parallèle à la droite d' d’équation 2x-4y+1=0 .

METHODE N°1 :

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la  droite D passe par un point  A (3;5) et est parallèle à la droite d' d’équation 2x-4y+1=0 .

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0 vérifiée par les coordonnées (x;y) d’un point quelconque de la droite D que l’on va nommer M . La figure géométrique suivante traduit la situation qui nous intéresse.

Langage des points et des droites

Langage des vecteurs

Langage des coordonnées

M est situé sur la droite D

Le vecteur \overrightarrow{AM} et un vecteur directeur  \overrightarrow{u} de d'sont colinéaires.

det(\overrightarrow{u}; \overrightarrow{AM}) = 0

1) On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM}

On n’hésite pas à repérer les coordonnées des points A et M ainsi

\hspace{0.6cm} x_{A} y_{A} \hspace{0.6cm} x_{M} y_{M}

\hspace{0.2cm} A(3;5) \hspace{0.4cm} M(x;y)

On calcule les coordonnées du vecteur \overrightarrow{AM} (x_{M}-x_{A};y_{M}-y_{A}) 

Et on prend soin de bien remplacer les lettres par les bons nombres. Dans le cas d’un nombre négatif, on le met entre parenthèses.

\hspace{4.5cm}\overrightarrow{AM} (x-3;y-5)

2) Je détermine les coordonnées du vecteur  \overrightarrow{u} qui est un vecteur directeur de la droite d' en utilisant la propriété suivante :

Si D admet pour équation cartésienne ax+by+c=0 alors elle admet pour vecteur directeur le vecteur de coordonnées (-b;a)

d' a pour équation cartésienne 2x-4y+1=0 donc son vecteur directeur a pour coordonnées (4;2).

Comme les droites D et d' sont parallèles, elles ont même vecteur directeur, donc \overrightarrow{u}(4;2) est un vecteur directeur de D

3) je calcule le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{u} et \overrightarrow{AM}

J’utilise la distributivité de la multiplication par rapport à l’addition pour développer les deux produits.

det(\overrightarrow{u};\overrightarrow{AM}) =4y-20-2x+6 

Je réduis la somme en ajoutant -20 et 6

det(\overrightarrow{u};\overrightarrow{AM}) =4y-2x-14 

3) J’écris une équation cartésienne de la droite D

Comme  le déterminant des deux vecteurs \overrightarrow{u} et \overrightarrow{AM} est nul alors 4y-2x+14=0. On prend soin de réécrire l’égalité en placant les x avant les y.

la droite D admet -2x+4y+14=0 pour équation cartésienne.

METHODE N°2 :

Déterminer par le calcul une équation cartésienne de la  droite D qui passe par un point  A (3;5) et qui est parallèle à la droite d' d’équation 2x-4y+1 =0.

Il s’agit de déterminer une relation du type ax+by+c=0 .

Comme D et d' sont parallèles , elles ont même vecteur directeur. Ainsi l’équation de  D débute comme celle de d'.

L’équation de D est de la forme : 2x-4y+c=0.

Pour déterminer c, il suffit de remplacer x et y par les coordonnées du point A c’est-à-dire 3 et 5.

{2}\times{3}-{4}\times{5}+c=0

On résout l’équation dont l’inconnue est c.

6-20+c=0\-14+c=0\c=14

Une équation de la droite D est 2x-4y+14=0.

Remarque avec la méthode n°1, on obtient -2x+4y-14=0. Il s’agit bien sûr de la même droite  D qui possède plusieurs équations cartésiennes qui se déduisent toutes les unes des autres en multipliant par un nombre ici -1.

Exercice

Déterminer une équation cartésienne de la droite D dans chaque cas. Vous pourrez conjecturer ou vérifier vos résultats à l’aide de la page Géogébra située après l’exercice.

1) La droite D passe par A (2;0) et par B (-3;1)

2) La droite D passe par A (-1;0) et par C (-2;2)

3) La droite D passe par B (2;5) et par C (2;3)

4) La droite D passe par A (0;4) et par B (-1;4)

5) La droite D passe par un point  A (2;-1) et admet \overrightarrow{u}(1;1) pour vecteur directeur.

6) La droite D passe par un point  A (\frac{2}{5};1) et admet \overrightarrow{u}(\frac{1}{2};3) pour vecteur directeur.

7) La droite D passe par un point  B(-1;3) et admet \overrightarrow{u}(3;-2) pour vecteur directeur.

8) D passe par un point  A (-2;5) et est parallèle à la droite d' d’équation 3x-2y+1=0 .

9) D passe par un point  A (4;\frac{2}{3}) et est parallèle à la droite d' d’équation 4x+y-2=0

une page géogébra pour valider les réponses de l’exercice

Remarque : quand vous avez tracé la droite, cliquez droit sur droite(B,A) dans la colonne de gauche et sélectionner dans le menu déroulant Equation ax+by +c=0