ESATIC Géométrie affine A NNÉE ACADÉMIQUE 2018-2019 SRIT 2 F ICHE DE T D NO 1 Exercice 1. Soit u ∈ Q. Vérifiez que les deux sous-ensembles F et G de Q4 respectivement définis par les équations x+y+z−t = 0 x + y + 2z + t = 1 et x−y+z+t = u x − y + 2z + 3t = 2u sont des sous-espaces affines de Q4 , dont on donnera pour chacun un point, l’espace directeur et la dimension. Pour quelle valeur de u s’intersectent-ils ? Donner alors un point, l’espace directeur et la dimension de l’intersection. Exercice 2. Soient F1 et F2 deux sous-espaces affines d’un espace affine E. À quelle condition F1 ∪ F2 est-il un sous-espace affine ? Exercice 3. Soit F le sous-espace affine de C4 passant par (1; 0; i; −1) et dont l’espace directeur est engendré par (1; 1; i; −i) et (0; 1 + i; 1; −1) ; donnez un système d’équations cartèsiennes de F. Exercice 4. On donne un nombre réel α 6= 1. Trouver les applications affines telles que, −−−−→ −−−→ si M 0 désigne l’image de M et M 00 celle de M 0 , on ait M 0 M 00 = αM M 0 . Exercice 5 (Théorème de Gergonne). Soit un triangle ABC, un point M tel que (M A), (M B), (M C) coupent (BC), (CA), (AB) en A, B, C, x, y, z le système de coordonnées barycentriques de M tel que x + y + z = 1. Montrer que A0 M B0M C 0M + + = 1. A0 A B0B C 0C Exercice 6. Soit un triangle ABC non rectangle et non équilatéral, D l’orthocentre, O le centre du cercle circonscrit, G le centre de gravité, Ω le centre du cercle des neuf points, R le rayon du cercle circonscrit, a, b, c les longueurs des côtés. 1. Montrer que Ω est isobarycentre de A, B, C, D. 2. Montrer que la droite d’Euler de ABC est l’ensemble des M tels que (b2 − c2 )M A2 + (c2 − a2 )M B 2 + (a2 − b2 )M C 2 = 0 3. Montrer que ΩA2 + ΩB 2 + ΩC 2 + ΩD2 = 3R2 . 4. En déduire que le cercle des neuf points est l’ensemble des M tels que M A2 + M B 2 + M C 2 + M D2 = 4R2 . Exercice 7. Soient A et B deux points d’un espace affine E et f l’application de E dans E qui à tout point M de E associe le point f (M ) défini par −−−−−→ −−→ −−→ M f (M ) = 4AM − 2BM . 1 −−−−−−−→ −−→ 1. Comparer les vecteurs f (M )f (N ) et M N pour tout couple (M, N ) de points de E. 2. En déduire que f est affine. Expliciter sa partie linéaire. 3. En déduire la nature géométrique de f . Préciser ses points fixes. Exercice 8. Soit E un espace affine sur un corps K et soit f : E → E une application affine. −−−−−→ → − 1. Démpntrer que l’ensemble {M f (M ); M ∈ E} est un sous-espace affine E et déterminer sa direction. 2. Que peut-on en déduire pour l’ensemble des points fixes de f ? Exercice 9. Soit E = {(x, y, z) ∈ R3 ; x + y + 1 = 0}. Montrer E est un sous-espace affine R3 et déterminer son espaces directeur. Exercice 10. Dans le plan affine R3 muni du repère (O, e1 , e2 , e3 ), on considère l’application affine f définie analytiquement par : 1 1 1 0 x + y + +1 x = 2 3 6 1 1 1 x+ y+ +2 y0 = 2 3 6 z0 = 1 x + 1 y + 1 − 3 2 3 6 → − On note f l’application linéaire associée à f . → − 1. Montrer que f est une projection (On précisera ses caractéristiques). Est-ce que f est une projection ? 2. Déterminer l’ensemble des vecteurs des translation t telles que l’application t ◦ f est une projection. Exercice 11. Dans le plan affine R2 muni du repère (O, e1 , e2 ), on considère la droite D d’équation 2x − y + 2 = 0. Donner les expressions analytiques de la projection sur D et de la symétrie par rapport à D touts deux de direction e1 + 3e2 . Exercice 12. Soit f : R3 → R3 définie par x 9x + 2y − 6z + 38 1 2x + 9y + 6z + 17 f y = 11 −6x + 6y − 7z − 29 z 1. Montrer que f est affine et déterminer sa partie linéaire ϕ. f admet elle un point fixe ? 2. Montrer que le plan P d’équation x − y + 3z + 3 = 0 est stable par f et que la − restriction de f à F est une translation de vecteur → u à déterminer. → 3. Montrer que l’application g = t−− u ◦ f est une symétrie par rapport à P parallèlement à une direction à déterminer. Exercice 13. Reconnaître les applications suivantes : 2 1. f1 : R3 → R3 (x, y, z) 7→ (−x + 2y − 2z − 2, −3y + 2z + 6, −4y + 3z + 6) 2. f2 : R3 → R3 (x, y, z) 7→ 61 (3y − 3z + 4, −6x + 9y − 3z + 4, −6x + 3y + 3z + 4) f3 : R2 → R2 1 3. (x, y) 7→ √ (x + 2y − 1, −2x + y + 2). 5 f : R2 → R2 4. 4 (x, y) 7→ 15 (3x − 4y + 20, 4x + 3y − 20) Exercice 14. Soit E un R−espace a ?ne de dimension 2 et soit E son espace directeur. Soit O ∈ E, soit (e1 , e2 ) une base de E et soit R le repère (O, e1 , e2 ) de E. 1. Soit f l’application affine de E dans E donnée en coordonnées dans le repère R par la formule (x, y) 7→ (2x − 3y + 5, 7x − 2y + 3). Donnez la matrice de f dans R. 2. Soit O0 le point de E de coordonnées (2, −1) ; posons e01 = e1 −2e2 et e02 = e1 +e2 . Vérifiez que (e01 , e02 ) est une base de E. Soit R0 le repère (O0 , e01 , e02 ) de E ; donner la matrice de passage de R à R0 ; en déduire la matrice de f dans le repère R0 , puis une définition de f par une formule en coordonnées dans le repère R0 . 3. Trouvez le repère R00 = (O00 , e001 , e002 ) de E caractérisé par la propriété suivante : si M est un point de E de coordonnées (x, y) dans R, ses coordonnées dans R00 sont (x − y + 3, 2x + y − 6). 4. Trouvez un repère R000 de E dans lequel f peut être définie par une formule sans termes constants. 3