Produit mixte, produit vectoriel, cas de la dimension 3393
16.2 Produit mixte, produit vectoriel, cas de la dimension
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On désigne par Eun espace euclidien de dimension n≥3orienté par le choix d’une base
orthonormée B0= (ei)1≤i≤n.
On rappelle que si Best une autre base de E, alors pour tout n-uplet (x1, x2,··· , xn)de
vecteurs de E, on a :
detB0(x1, x2,··· , xn) = detB0(B) detB(x1, x2,··· , xn)
(théorème ??).
Il en résulte que la quantité detB(x1, x2,··· , xn)est indépendante du choix d’une base ortho-
normée directe Bde E(puisque dans ce cas, on a detB0(B) = 1). On la note det (x1, x2,··· , xn)
(ce qui suppose le choix d’une orientation de E) et on dit que c’est le produit mixte des vecteurs
ordonnés x1, x2,···, xn.On le note parfois [x1, x2,··· , xn].
En remarquant que, pour tout (n−1)-uplet x1, x2,··· , xn−1de vecteurs de E, l’application
x7→ det (x1, x2,···, xn−1, x)est une forme linéaire, on déduit du théorème ?? qu’il existe un
unique vecteur a∈Etel que :
∀x∈E, det (x1, x2,··· , xn−1, x) = ha|xi(16.1)
ce vecteur aétant fonction des vecteurs x1, x2,··· , xn−1.
On peut donc donner la définition suivante.
Définition 16.3 Le produit vectoriel des n−1vecteurs x1, x2,··· , xn−1de Eest le vecteur a
défini par (16.1) .On le note x1∧x2∧... ∧xn−1.
Dans la base orthonormée B0,en notant xj=
n
P
i=1
xijeipour tout jcompris entre 1et n, les
réels :
det (x1, x2,··· , xn−1, ei) = hx1∧x2∧... ∧xn−1|eii
sont les composantes du vecteur x1∧x2∧... ∧xn−1dans la base B0.On a donc :
x1∧x2∧... ∧xn−1=
n
X
i=1
(−1)i+nδiei(16.2)
où δiest le déterminant de la matrice d’ordre n−1déduite de la matrice (X1, X2,··· , Xn−1)en
supprimant de cette matrice la ligne numéro i(Xiétant le vecteur de Rnformé des composantes
de xidans la base B).
Remarque 16.1 (−1)i+nδiest aussi le cofacteur Ci,n (x1, x2,··· , xn−1)d’indice (i, n)de la
matrice (X1, X2,···, Xn−1,0) (i. e. celui en ligne iet colonne n).
En utilisant les propriétés du déterminant, on obtient le résultat suivant.
Théorème 16.4
–Le produit vectoriel est une application (n−1)-linéaire alternée de En−1dans E;
–le vecteur x1∧x2∧... ∧xn−1est orthogonal à tous les vecteurs xi(1≤i≤n−1) ;
–x1∧x2∧... ∧xn−1= 0 si et seulement si la famille (x1, x2, ..., xn−1)est liée ;