Niveau 1 — Géométrie dans l’espace — 15 min
Orthogonalité : définitions et premières applications
On considère le cube d'arête , et on se place dans le repère orthonormé . Dans ce repère : , , , , , , et .
Que signifie « deux droites de l'espace sont orthogonales » ? Quelle différence y a-t-il avec « perpendiculaires » ?
Dans le cube , les droites et sont-elles perpendiculaires, ou seulement orthogonales ? Justifier.
Rappeler la définition d'une droite orthogonale à un plan et un critère pratique pour le démontrer. Application : montrer que est orthogonale au plan .
Que signifie « deux plans sont perpendiculaires » ? Montrer que les plans et sont perpendiculaires.
Montrer que la droite est orthogonale au plan .
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Corrigé — Orthogonalité : définitions et premières applications
Deux droites et sont orthogonales lorsque leurs vecteurs directeurs et sont orthogonaux, c'est-à-dire . De manière équivalente, la parallèle à passant par un point de est perpendiculaire à .
Deux droites perpendiculaires sont des droites orthogonales qui sont de plus sécantes (donc coplanaires). Deux droites orthogonales ne sont pas forcément sécantes dans l'espace.
et : , les droites sont orthogonales.
Elles n'ont pas de point commun : un point de est , un point de est , les deuxièmes coordonnées diffèrent. Elles ne sont pas sécantes : elles sont orthogonales mais pas perpendiculaires.
Une droite est orthogonale à un plan si elle est orthogonale à toutes les droites de . Critère : il suffit qu'elle soit orthogonale à deux droites sécantes de (ou que son vecteur directeur soit orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan).
Application : , , . On a et , et , sont sécantes en dans le plan . Donc est orthogonale au plan .
Deux plans sont perpendiculaires si l'un contient une droite orthogonale à l'autre ; de manière équivalente, si leurs vecteurs normaux sont orthogonaux.
est normal à (question précédente). est normal à car et . Or : les plans et sont perpendiculaires.
, et .
et .
Les vecteurs et ne sont pas colinéaires, donc et sont deux droites sécantes en du plan . est orthogonale à ces deux droites, donc au plan .