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Distance d'un point à un plan

Posté par
Thundder
18-12-16 à 15:25

Bonjour,
J'ai besoin d'aide pour un exercice :
On considère une pyramide régulière SABCD à base carrée de côté a. Soit O le point d'intersection des diagonales du carré ABCD. Calculer la distance du point O au plan (SBC).
Pourriez-vous seulement m'indiquer une piste à suivre ?

Posté par
Priam
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 15:32

Il me semble que tu pourrais faire tout le calcul dans le plan médiateur du l'arête BC de la pyramide.

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 15:34

Bonjour,

Tu peux d' abord calculer la hauteur de la pyramide.

Et ensuite écrire que le volume de la pyramide SABCD vaut 4 fois celui de la pyramide OSBC

Posté par
Thundder
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 15:51

lake @ 18-12-2016 à 15:34

Bonjour,

Tu peux d' abord calculer la hauteur de la pyramide.

Et ensuite écrire que le volume de la pyramide SABCD vaut 4 fois celui de la pyramide OSBC


Calculons la distance AO.
AOB est un triangle rectangle en O, on peut donc utiliser le théorème de Pythagore.
AB² = AO²+OB²
a² = AO²+OB²
AO² = a²-OB²

Calculons la distance de la hauteur SO.
AOS est un triangle rectangle en O, on peut donc utiliser le théorème de Pythagore.
AS²= AO² + SO²
SO² = AS²-AO²
SO² = AS² - (a²- OB²)
SO² = AS² - a² + OB²

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 15:59

Si tu veux mais note que AS=a

Donc  OS=OB=\dfrac{a}{\sqrt{2}} (demi diagonale d' un carré de côté a)

On peut aussi écrire directement:

  OS^2=SB^2-OB^2=a^2-\dfrac{a^2}{2}=\dfrac{a^2}{2}

d' où OS=\dfrac{a}{\sqrt{2}}

La proposition de Priam va très bien aussi...

Posté par
Thundder
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 16:09

***citation inutile supprimée***

Ah oui, autant pour moi, je n'avais pas fait le lien entre le fait que le carré était de côté a et que la pyramide était régulière donc aux faces étant des triangles équilatérales.
Je ne doute pas une seconde que la proposition de Priam n'était pas bonne mais je n'ai pas réellement compris, d'où le choix de me tourner vers votre piste.
Quoi qu'il en soit, nous venons de calculer OS mais comment dois-je utiliser cette information pour calculer la distance entre O et le plan (SBC) ?

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 16:18

Le volume d' une pyramide de hauteur h et de base d' aire S:

V=\dfrac{1}{3}hS

Ici, V=\dfrac{a^3}{3\sqrt{2}}

Mais ce volume vaut 4 fois celui de la pyramide OSBC

et le volume de cette pyramide est \dfrac{1}{3}\,h'\text{Aire}_{SBC}

h' est la distance cherchée de O au plan SBC

Reste à trouver l' aire du triangle équilatéral SBC de côté a

Posté par
Thundder
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 16:35

***citation inutile supprimée***

On ne connait pas la hauteur du triangle équilatéral SBC.
On peut donc le diviser en deux triangles rectangles de base a/2 et d'hypotenuse a.
Ainsi, en appliquant le théorème de Pythagore dans ce triangle, on peut calculer la hauteur h.
a²= h² + (a/2)²
h²= a² - (a/2)²
h = sqrt(3)/2 * a

On connait à présent la hauteur du triangle équilatéral SBC, on peut donc calculer son aire, que l'on nomme ASBC.
ASBC = (base * hauteur)/2 = (a*(sqrt(3)*a/2))/2 = sqrt(3)/4 * a²

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 16:36

Oui; continue...

Posté par
Thundder
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 16:57

On obtient alors l'égalité suivante :
\frac{a^3}{3\sqrt{2}} = 4(\frac{1}{3}*h'*\frac{a²\sqrt{3}}{4}) \Leftrightarrow \frac{a^3}{3\sqrt{2}} = 4(\frac{a²\sqrt{3}}{12}*h') \Leftrightarrow \frac{\frac{a^3}{3\sqrt{2}}}{4} = \frac{a²\sqrt{3}}{12}*h' \Leftrightarrow \frac{a^3}{4*3\sqrt{2}} = \frac{a²\sqrt{3}}{12}*h' \Leftrightarrow \frac{\frac{a^3}{4*3\sqrt{2}}}{\frac{a²\sqrt{3}}{12}} = h' \Leftrightarrow \frac{a^3}{4*3\sqrt{2}}*\frac{12}{a²\sqrt{3}} = h'

C'est bon pour l'instant ?

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 17:21

Oui, c' est bon et tu t' es donné beau coup de mal pour écrire tout ça en  \LaTeX; ça fait plaisir à voir

Mais il ne faut pas hésiter à simplifier;  je reprends du début:

\frac{a^3}{3\sqrt{2}} = 4(\frac{1}{3}*h'*\frac{a²\sqrt{3}}{4})

\frac{a^\cancel{3}}{\cancel{3}\sqrt{2}} = \cancel{4}(\frac{1}{\cancel{3}}*h'*\frac{\cancel{a²}\sqrt{3}}{\cancel{4}})

Du coup, h'=\dfrac{a}{\sqrt{6}}

Je ne sais pas où tu en es dans ton cours; il est possible que tu ais vu la formule donnant la distance d' un point à un plan défini par une équation cartésienne si ton cours porte en ce moment sur la géométrie dans l' espace.

Auquel cas, je t' engage à refaire cet exercice en choisissant un repère judicieux dans lequel tu pourras déterminer facilement une équation cartésienne du plan SBC et appliquer la formule pour la distance de O à ce plan.

Tu fais ce que tu veux, mais un repère orthonormé d'  origine O dont les axes sont dirigés par OB,OC,OS est une option convenable...

Posté par
Thundder
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 17:25

Ah oui en effet, c'est beaucoup plus rapide vu comme ça.
Hum, à vrai dire, nous n'avons pas vu cela encore, c'est pouquoi le professeur avait rajouté dans l'exercice la définition suivante :
La distance d'un point à un plan est la distance entre le point considéré et son projeté orthogonal sur le plan.

Posté par
lake
re : Distance d'un point à un plan 18-12-16 à 17:37

Bon, alors on en reste là (en admettant que tu connaisses la formule donnant le volume d' une pyramide); tu as du la voir au collège ...

Mais je te le redis, la proposition de Priam est intéressante:

Tu coupes la pyramide par le plan passant par les milieux de [AD], [BC] et son sommet S. C' est un plan de symétrie de la pyramide. Tu fais un dessin et tu regardes...

Je dois quitter.
Bonne soirée



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