Chapitre 16 — les vecteurs en 3D : opérations, colinéarité, coplanarité, repères et barycentres.
Naviguez avec les flèches ← → du clavier, ou via le Sommaire.
Trois vecteurs non coplanaires suffisent à repérer tout point de l'espace.
Un vecteur $\overrightarrow{AB}$ est défini par une direction, un sens et une norme $\lVert\overrightarrow{AB}\rVert=AB$.
Sur le cube, $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}$ : des vecteurs égaux (même direction, sens, norme).
$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}$ signifie : même direction, même sens, même longueur ($D$ est l'image de $C$ par la translation de vecteur $\overrightarrow{AB}$).
$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD} \iff ABDC$ est un parallélogramme.
On insère un point intermédiaire $M$ : un « degré de liberté » pour découper un vecteur.
Le quadrilatère $OACB$ est un parallélogramme ; la diagonale issue de $O$ porte la somme.
Même direction que $\vec u$ ; sens de $\vec u$ si $k\gt 0$, opposé si $k\lt 0$ ; norme $|k|\,\lVert\vec u\rVert$.
$\vec u,\vec v$ colinéaires $\iff$ il existe $k$ tel que $\vec v=k\,\vec u$ (et alors $A,B,M$ alignés).
Une droite $(d)$ est dirigée par tout vecteur $\vec u\neq\vec0$ de sa direction.
$\overrightarrow{AM}$ est une combinaison linéaire de $\vec u$ et $\vec v$ : $M$ reste dans le plan.
$\vec u,\vec v,\vec w$ coplanaires (avec $\vec u,\vec v$ non colinéaires) $\iff \vec w=t\,\vec u+t'\,\vec v$.
Si $ABCD$ forme un tétraèdre, les vecteurs sont non coplanaires : ils forment une base.
Trois vecteurs non coplanaires $(\vec\imath,\vec\jmath,\vec k)$ forment une base ; $(O\,;\vec\imath,\vec\jmath,\vec k)$ est un repère.
Le plus souvent la base est orthonormée : vecteurs unitaires, orthogonaux deux à deux.
On atteint $M$ par trois pas : $x$ selon $\vec\imath$, $y$ selon $\vec\jmath$, $z$ selon $\vec k$.
$\vec u+\vec u'\,(x+x',\,y+y',\,z+z')$ et $k\vec u\,(kx,\,ky,\,kz)$.
Ici $G=\mathrm{bary}\{(A,1),(B,2)\}$ : plus proche de $B$. Si $\alpha=\beta$, $G$ est le milieu (isobarycentre).
Avec $\alpha=\beta=\gamma=1$ : $G$ est le centre de gravité, intersection des médianes.
Si $K=\mathrm{bary}\{(A,\alpha),(B,\beta)\}$ (avec $\alpha+\beta\neq0$), alors le barycentre de $\{(A,\alpha),(B,\beta),(C,\gamma)\}$ est celui de $\{(K,\alpha+\beta),(C,\gamma)\}$.
On remplace deux points par leur barycentre partiel pour construire $G$ pas à pas.