serie de revision espace 4 sc techniques

Bac
Géométrie dans l’espace
Technique
De 2008
Jusqu’à
2014
Exercice N°1 : (Principale 2008)
⃗⃗ ). On considère les points 𝐴(1, −4 , 0) ,
L’espace est muni d’un repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(4 , −1 , 3) , 𝐶(4 , −4 , −3) et 𝐷(−2 , 2 − 3).
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ . 𝐴𝐶
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ .
1) a) Calculer 𝐴𝐵
b) Déterminer les composantes du vecteur ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵 ∧ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐶 .
2) Calculer l’aire du triangle 𝐴𝐵𝐶.
3) Montrer que la droite (𝐴𝐷) est perpendiculaire au plan (𝐴𝐵𝐶).
4) a) Vérifier que le volume du tétraèdre 𝐴𝐵𝐶𝐷 égale à 27.
b) Calculer l’aire du triangle 𝐵𝐶𝐷.
c) En déduire la distance du point 𝐴 au plan (𝐵𝐶𝐷).
Exercice N°2 : (Contrôle 2008)
⃗⃗ ). . On considère les points 𝐴(3 , 2 , 4) ,
L’espace est muni d’un repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(0 , 3 , 5) , 𝐶(0 , 2 , 1) et 𝐷(3 , 1 , 0).
1) a) Déterminer les composantes du vecteur ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵 ∧ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐷.
b) Montrer que 𝐴𝐵𝐶𝐷 est un parallélogramme et calculer son aire.
2) Soit 𝑆 la sphère de centre 𝐼(2 , −2 , 5) et de rayon 3√2 et 𝑃 le plan passant par 𝐴, 𝐵 𝑒𝑡 𝐷.
1
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∧ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
a) Vérifier que ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐼 = (𝐴𝐵
𝐴𝐷).
3
b) Montrer que le plan 𝑃 est tangent à la sphère 𝑆 au point 𝐴.
Exercice N°3 : (Principale 2009)
⃗⃗ ). . On considère les points 𝐴(1 , 0 , −1) ,
L’espace est muni d’un repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(1 , 3 , 5) , 𝐶(−7 , 2 , 2) et 𝐻(−1 , 4 , 3).
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ .
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∧ 𝐻𝐶
1) a) Déterminer les composantes du vecteur 𝐻𝐵
b) En déduire qu’une équation cartésienne du plan (𝐻𝐵𝐶) est 𝑥 − 2𝑦 − 2𝑧 + 15 = 0.
c) Montrer que 𝐻 est le projeté orthogonale de 𝐴 sur le plan (𝐻𝐵𝐶).
2) On considère l’ensemble 𝑆 des points 𝑀(𝑥 , 𝑦 , 𝑧) de l’espace tels que : 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 − 4𝑦 − 2𝑧 + 1 = 0
a) Montrer que 𝑆 est une sphère et préciser son centre 𝐼 et son rayon 𝑅.
b) Vérifier que 𝐼 le milieu du segment [𝐴𝐻].
c) Déterminer la position relative de la sphère 𝑆 et du plan (𝐻𝐵𝐶).
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3) Soit 𝐽(0 , 0 , 1).
a) Vérifier que 𝐽 appartient à 𝑆.
b) Calculer la distance du point 𝐼 à la droite (𝐴𝐽).
c) En déduire que la droite (𝐴𝐽) est tangente à 𝑆 .
d) Donner une représentation paramétrique de la droite (𝐴𝐽) et déterminer les coordonnées du point
d’intersection de (𝐴𝐽) avec le plan (𝐻𝐵𝐶).
Exercice N°4 : ( Principale 2010)
⃗⃗ ). . On considère les points 𝐴(0 , 1 , 2) ,
L’espace est muni d’un repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(2 , 0 , 3) , 𝐶(−1 , 0 , 0) et 𝐼(1 , 2 , 1).
1) a) Vérifier que les points 𝐴 , 𝐵 𝑒𝑡 𝐶 ne sont pas alignés.
b) On désigne par 𝑃 le plan (𝐴𝐵𝐶). Montrer qu’une équation cartésienne de 𝑃 est 𝑥 + 𝑦 − 𝑧 + 1 = 0.
2) Soit la sphère (𝑆) dont une équation cartésienne est : 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 − 2𝑥 − 4𝑦 − 2𝑧 + 3 = 0
a) Montrer que (𝑆) est de centre 𝐼 et déterminer son rayon.
b) Montrer que le plan 𝑃 est tangent à (𝑆) au point 𝐴.
c) Calculer le volume du tétraèdre 𝐼𝐴𝐵𝐶.
3) Soit 𝐻 le milieu du segment [𝐼𝐴] et 𝑄 le plan passant par 𝐻 et parallèle à 𝑃.
a) Montrer que le plan 𝑄 et la sphère (𝑆) sont sécantes en un cercle C.
b) Déterminer le centre et le rayon de C .
Exercice N°5 : (Contrôle 2011)
⃗⃗ ) . On considère les points 𝐴(−1 , 1 , 0) ,
L’espace 𝜉 est muni d’un repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(1 , 0 , 1) , 𝐶(0 , 2 , −1) et 𝐷(−1 , 3 , 2).
1)
2)
3)
4)
Montrer que le triangle 𝐴𝐵𝐶 est rectangle en 𝐴.
Montrer que le vecteur ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐷 est normale au plan (𝐴𝐵𝐶).
Calculer le volume 𝑉 du tétraèdre 𝐷𝐴𝐵𝐶.
Soit 𝐼, 𝐽 𝑒𝑡 𝐾 les milieux respectifs de [𝐷𝐴] , [𝐷𝐵] 𝑒𝑡 [𝐷𝐶]. On considère le plan 𝑄 passant par 𝐼 et
parallèle au plan (𝐴𝐵𝐶).
a) Donner une équation cartésienne du plan 𝑄.
b) Vérifier que 𝐽 𝑒𝑡 𝐾 appartiennent au plan 𝑄.
c) On désigne par 𝑉′ le volume du tétraèdre 𝐷𝐼𝐽𝐾. Montrer que 𝑉 = 8𝑉′.
Exercice N°6 : (Principale 2012)
⃗⃗ ) . On considère les points 𝐴(2 ,1 , 1) ,
L’espace 𝜉 est rapporté à repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(1 , 1 , 0) 𝑒𝑡 𝐶(1 , 0 , 1).
1) a) montrer que les points 𝐴 , 𝐵 𝑒𝑡 𝐶 déterminent un plan que l’on notera 𝑃.
b) Vérifier que 𝑥 − 𝑦 − 𝑧 = 0 est une équation cartésienne de 𝑃.
2) Soit le point 𝐷(2 , 0 , 0).
a) Montrer que les points 𝐴 , 𝐵 , 𝐶 𝑒𝑡 𝐷 sont non coplanaires.
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b) Calculer le volume 𝑉 du tétraèdre 𝐴𝐵𝐶𝐷.
3
1
1
3) Soit 𝐼 (2 , 2 , 2). On désigne par (𝑆) la sphère de centre 𝐼 et passant par 𝐷.
a) Montrer que la sphère (𝑆) passe par 𝐴 𝑒𝑡 𝐵.
b) En déduire que le plan 𝑃 coupe la sphère (𝑆) suivant un cercle C .
c) Justifier que C est circonscrit au triangle 𝐴𝐵𝐶.
4) Soit Δ la droite passant par 𝐼 et perpendiculaire au plan 𝑃.
a) Donner un système d’équations paramétrique de la droite Δ.
b) Déterminer les coordonnées du point Ω centre du cercle C .
c) Soit 𝐷′ la symétrique de 𝐷 par rapport à Ω. Montrer que le volume 𝑉′ du tétraèdre 𝐷′𝐴𝐵𝐶 est égale à
𝑉.
Exercice N°7 : (Principale 2013)
⃗⃗ ) . On considère les points 𝐴(4 , 2 , 2) ,
L’espace 𝜉 est rapporté à repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝑥 = 1 + 2𝛼
𝐵(5 , −2 , 3) 𝑒𝑡 𝐶(1 ,1 , 1) et la droite Δ ∶ { 𝑦 = 1 + 𝛼
; 𝛼 ∈ ℝ.
𝑧 = 1 + 2𝛼
On désigne par 𝑃 le plan passant par 𝐴 et perpendiculaire à la droite ∆.
1) a) Montrer qu’une équation cartésienne du plan 𝑃 est 2𝑥 + 𝑦 + 2𝑧 − 14 = 0.
b) Vérifier que 𝐵 ∈ 𝑃 et que 𝐶 ∉ 𝑃.
c) Vérifier que 𝐶 ∈ ∆ et que 𝐴 ∉ ∆.
2) Soit le point 𝐷 (3 , 2 , 3).
a) Montrer que 𝐷 est le projeté orthogonal du point 𝐶 sur le plan 𝑃.
b) Montrer que les points 𝐴 , 𝐵 , 𝐶 𝑒𝑡 𝐷 sont non coplanaires.
c) Calculer le volume 𝑉 du tétraèdre 𝐴𝐵𝐶𝐷.
3) a) Calculer ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐵 . ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐷 en déduire la distance 𝑑 du point 𝐷 à la droite (𝐴𝐵).
b) Vérifier que 𝑉 =
𝐴𝐵×𝑑×𝐶𝐷
6
.
Exercice N°8 : (Contrôle 2013)
⃗⃗ ) . On considère les points 𝐴(2 , 1 , 0) ,
L’espace 𝜉 est rapporté à repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(2 , −1 , −2) 𝑒𝑡 𝐶(0 , 1 , −2) et le plan 𝑃 ∶ 𝑥 + 𝑦 − 𝑧 − 3 = 0.
1) Vérifier que 𝐴 , 𝐵 𝑒𝑡 𝐶 appartiennent au plan 𝑃.
2) Soit 𝑆 l’ensemble des points 𝑀(𝑥 , 𝑦 , 𝑧) de l’espace tels que : 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 − 4𝑥 − 2𝑦 + 4𝑧 + 5 = 0
a) Montrer que 𝑆 est une sphère dont on précisera le centre 𝐼 et le rayon 𝑅.
b) Montrer que 𝑃 et 𝑆 se coupent suivant le cercle C circonscrit au triangle 𝐴𝐵𝐶.
c) Montrer que le triangle 𝐴𝐵𝐶 est équilatérale.
3) Soit ∆ la droite passant par 𝐼 et perpendiculaire au plan 𝑃.
𝑥 =2+𝛼
a) Montrer qu’un système paramétrique de ∆ est : { 𝑦 = 1 + 𝛼 ; 𝛼 ∈ ℝ.
𝑧 = −2 − 𝛼
b) Déterminer les coordonnées du point d’intersection 𝐺 du plan 𝑃 et la droite ∆.
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c) Vérifier que 𝐺 est le centre de gravité du triangle 𝐴𝐵𝐶.
d) En déduire le centre et le rayon du cercle C .
Exercice N°9 : (Principale 2014)
⃗⃗ ) . On considère les points 𝐴(2 , 0 , 1) ,
L’espace 𝜉 est rapporté à repère orthonormé direct (𝑂 , 𝑖⃗ , 𝑗⃗ , 𝑘
𝐵(0 , 2 , 1) 𝑒𝑡 𝐶(1 , 2 , 0)
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∧ 𝐴𝐶
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ .
1) a) Déterminer les composantes du vecteur 𝐴𝐵
b) Déduire que les points 𝐴 , 𝐵 𝑒𝑡 𝐶 déterminent un plan 𝑃 dont une équation cartésienne est :
𝑥 + 𝑦 + 𝑧 − 3 = 0.
2) Soit la sphère 𝑆 d’équation 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 5
a) Vérifier que 𝐴 , 𝐵 𝑒𝑡 𝐶 sont des points de 𝑆.
b) Déduire alors l’intersection de la sphère 𝑆 avec le plan 𝑃.
5
5
5
3) Soit le point 𝐷 de coordonnées (√3 , √3 , √3).
On désigne par 𝑄 le plan passant par 𝐷 et parallèle à 𝑃.
a) Déterminer une équation cartésienne de 𝑄.
b) Montrer que 𝑄 est tangent à la sphère 𝑆 au point 𝐷.
4) Soit 𝑀(𝑥 , 𝑦 , 𝑧) un point de l’espace n’appartient pas à 𝑃.
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∧ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗.
a) Calculer (𝐴𝐵
𝐴𝐶 )𝐴𝑀
b) Montrer que le volume 𝑉 du tétraèdre 𝑀𝐴𝐵𝐶 est égale à
|𝑥+𝑦+𝑧−3|
3
.
5
c) En déduire que pour tout point 𝑀 du plan 𝑄 ; 𝑉 = √3 − 1.
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