Plan

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Plan : définition, méthode et exemple corrigé (Terminale) – Maths PDF


En bref : Un plan de l’espace est une surface plane illimitée, entièrement déterminée par trois points non alignés ; on le décrit par un point et deux vecteurs non colinéaires, ou par une équation cartésienne.

TerminaleGéométrie dans l'espace

Définition : Plan

Un plan est l’idée mathématique d’une feuille parfaitement plate qui s’étendrait à l’infini. Trois points non alignés \(A\), \(B\), \(C\) fixent une seule surface, notée \((ABC)\).

Un point \(M\) est sur cette surface exactement lorsque \(\overrightarrow{AM}=s\,\overrightarrow{AB}+t\,\overrightarrow{AC}\) pour deux réels \(s\) et \(t\). On peut aussi caractériser le plan par une équation \(ax+by+cz+d=0\), où \((a\,;\,b\,;\,c)\) est un vecteur normal.

Comment le reconnaître

  • L’énoncé donne trois points d’un solide et demande une équation de la surface qu’ils définissent.
  • On étudie une section de cube ou de pyramide par une face ou un plan de coupe.
  • Il faut trouver l’intersection d’un plan et d’une droite, ou deux plans qui se coupent.
  • On calcule la distance d’un point à une surface plane.

La méthode

  1. Vérifier que \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AC}\) ne sont pas colinéaires, donc que les trois points ne sont pas alignés.
  2. Chercher un vecteur \(\vec{n}(a\,;\,b\,;\,c)\) orthogonal à \(\overrightarrow{AB}\) et à \(\overrightarrow{AC}\) en résolvant deux équations.
  3. Écrire \(ax+by+cz+d=0\) et déterminer \(d\) avec les coordonnées de \(A\).
  4. Vérifier avec \(B\) et \(C\) : leurs coordonnées doivent satisfaire l’équation.
ABCABACplan (ABC)
Trois points non alignés suffisent à définir un seul plan.

Plan : exemple corrigé

Énoncé

Dans un repère orthonormé, on donne \(A(1\,;\,0\,;\,2)\), \(B(3\,;\,1\,;\,1)\) et \(C(2\,;\,2\,;\,4)\). Déterminer une équation cartésienne du plan \((ABC)\).

Corrigé

On a \(\overrightarrow{AB}(2\,;\,1\,;\,-1)\) et \(\overrightarrow{AC}(1\,;\,2\,;\,2)\), non colinéaires. Un vecteur normal \(\vec{n}(a\,;\,b\,;\,c)\) vérifie \(2a+b-c=0\) et \(a+2b+2c=0\). On trouve \(c=2a+b\), puis \(5a+4b=0\) : par exemple \(a=4\), \(b=-5\), \(c=3\).

Avec \(A\) : \(4-0+6+d=0\), donc \(d=-10\). Cette surface a pour équation \(4x-5y+3z-10=0\) ; \(B\) donne \(12-5+3-10=0\).

À toi de jouer

Question 1

Les points \(P(0\,;\,0\,;\,0)\), \(Q(1\,;\,2\,;\,3)\), \(R(2\,;\,4\,;\,6)\) déterminent-ils une unique surface plane ?

Voir la réponse

Non : \(\overrightarrow{PR}=2\overrightarrow{PQ}\), les points sont alignés ; une infinité de surfaces planes les contiennent.

Question 2

Le point \((2\,;\,0\,;\,1)\) vérifie-t-il \(4x-5y+3z-10=0\) ?

Voir la réponse

\(8-0+3-10=1\), différent de \(0\) : non.

Ne pas confondre Plan et Droite

Une droite est un objet à une dimension : un point et un vecteur directeur la définissent. Ici, on travaille à deux dimensions : il faut un point et deux vecteurs non colinéaires, ou un vecteur normal. Une seule équation à trois inconnues suffit, alors que deux sont nécessaires pour une droite de l’espace.

Droite

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