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Exercice produit scalaire 1ère

Posté par
juliette001
13-05-21 à 12:10

Bonjour !

J'ai des difficultés avec le 2) de cet exercice
ABC est un triangle isocèle rectangle en B tel que BA = BC = a. D est un point tel
que le triangle BCD est isocèle en C et le point D est situé à l'extérieur du triangle
ABC. Les points A, C et D sont alignés.
1. Exprimer DA et DB en fonction de a.
2. En exprimant de deux façons différentes le produit scalaire →DA· →DB, montrer
que cos π/8 = √(2+√2)/2

Pour le 1) j'ai :
DA= DC+AD=a+AD
DB= racine de a^2 + a^2

merci d'avance !

Posté par
Priam
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 12:57

Bonjour,
1) pourrais-tu détailler le calcul de DA et DB en fonction de  a ?

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 13:04

Bonjour,
1 Vérifiez bien votre figure, d'après l'énoncé, on aurait plutôt DA =DC +CA.
DB est faux car BCD n'est pas un triangle rectangle.
Avez vous vu une formule en cours pour calculer le 3° coté d'un triangle si on connait un angle et ses deux côtés?
Sinon on peut calculer DB en utilisant le produit scalaire.
Merci de faire le 1° , on verra près.

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 18:46

Bonjour,
Refaire la figure. AC se calcule comme la diagonale d'un carré.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 21:25

Priam @ 13-05-2021 à 12:57

Bonjour,
1) pourrais-tu détailler le calcul de DA et DB en fonction de  a ?


Pour DA, je me suis trompée :
j'ai finalement DA= DC+CA
                                        =a+√(a^2+a^2)

Pour DB je n'ai pas trouvé comment faire.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 21:29

breuil @ 13-05-2021 à 13:04

Bonjour,
1 Vérifiez bien votre figure, d'après l'énoncé, on aurait plutôt DA =DC +CA.
DB est faux car BCD n'est pas un triangle rectangle.
Avez vous vu une formule en cours pour calculer le 3° coté d'un triangle si on connait un angle et ses deux côtés?
Sinon on peut calculer DB en utilisant le produit scalaire.
Merci de faire le 1° , on verra près.


Oui c'est vrai, je n'étais pas très attentive.
J'ai donc : DA= DC+CA
                                        =a+√(a^2+a^2)
Et  sinon, il ne me semble pas avoir vu  de formule en cours pour calculer le 3° coté d'un triangle si on connait un angle et ses deux côtés mais j'ai l'impression d'en avoir déjà entendu parler.
Pour DB, je n'ai pas  trouvé comment faire.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 21:29

jean3 @ 13-05-2021 à 18:46

Bonjour,
Refaire la figure. AC se calcule comme la diagonale d'un carré.


ah oui merci !

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 13-05-21 à 22:47

Bonsoir,
dans la fiche application du produit scalaire du site, appliquer le th d'Al Kashi.
Sinon on peut aussi calculer les coordonnées de D dans un repère d'origine B bien choisi et en déduire la longueur DB.

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 09:02

Pour AC le calcul se simplifie;  \sqrt{a^2+a^2}\: =a\sqrt{2}

Donc DA=\: a+\a +a\sqrt{2}=a\left(1+\a +\sqrt{2} \right)

Les angles du triangle BCD sont simple à caculer.

Je t'écris le Théorème d'Al-Kashi où tu n'auras plus qu'à  compléter l'angle.

BD^2= BC^2 +CD^2  -  2BC.CD.cos(?)

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 11:33

jean3 @ 14-05-2021 à 09:02

Pour AC le calcul se simplifie;  \sqrt{a^2+a^2}\: =a\sqrt{2}

Donc DA=\: a+\a +a\sqrt{2}=a\left(1+\a +\sqrt{2} \right)

Les angles du triangle BCD sont simple à caculer.

Je t'écris le Théorème d'Al-Kashi où tu n'auras plus qu'à  compléter l'angle.

BD^2= BC^2 +CD^2  -  2BC.CD.cos(?)


merci j'avais complètement oublié l'existence de la formule d'Al Kashi

J'ai donc :
DB=DC^2 + CB^2 - 2xDCxCBxcos(BCD)
        = a^2+a^2- 2 x a x a  x cos (135)
        = 2a^2 - 2a^2 x cos (135)

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 11:39

Bonjour
non c'est DB²

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 11:41

Puis ecrire DB le plus simplement possible.  Cos (135°) c'est connu.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 12:29

Bonjour ,
oui pardon c'était une faute frappe mais c'est bien DB^2 que je voulais écrire
on peut dire qu'on a cos(3x/4) = -2 /2  ?

Parce que ça nous ferait DB= a2 - a2 x -(2 /2)
mais ça me semble bizarre

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 12:39

Attention la somme des racines n'est pas égale à la racine de la somme!
Il faut d'abord calculer DB² le plus simplement possible ( a² peut être mis en facteur) et ensuite prendre la racine du tout. On pourra sortir a de la racine.

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 12:55

Donc DB^2 = 2a^2 + 2a^2 \frac{\sqrt{2} }{2}
Tu peux l'écrire en mettant a^2  en facteur puis  écrire DB= a \sqrt{?}

Le triangle BCD est isocèle.   Où retrouves-tu \frac{\Pi }{8} ?

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 13:36

Une façon d'écrire         \vec{DA}.\vec{DB}  est :   DA.DB cos(?)

On ne devrait pas être très loin de la conclusion.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 14:19

Oui en effet, j'ai trouvé cette égalité et donc DB = a(2/2)

On voit que 3/4 + /8 + /8 =
Donc l'angle CBD= l'angle CDB=/8

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 14:25

* DB= a(2+2)

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 14:38

Le produit scalaire :
DA xDB= DA x DB x cos(CDB)
= a(1+2) x a(2+2) x cos(/8)
  = a+a2 x a(1+2 ) x cos (/8)

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 14:47

sinon j'ai trouvé que cos/ 8 = (2+2) / 2
avec la formule d'al kashi mais je ne crois pas que ce soit ce qu'on me demande

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 15:35

C'est ce qu'on demande . Et effectivement on peut le faire avec Al Kashi.

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 15:41

Mais l'énoncé suggère de le faire avec deux déf différentes.
Mais il est astucieux de prendre \vec{DB}.\vec{DC} avec la déf par le cos puis par projection. Facile car triangle isocèle.

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 20:49

En effet si H est la projection orthogonale de A sur DB on a:
\vec{DA} .\vec{DB}=DB.DH
Attention aux fautes de calcul.  Pour le calcul de   \vec{DA} .\vec{DB}  tu as développer en faissant une erreur. Il faut garder les factorisations.
Il y a encore une autre méthode en écrivant    \vec{DA}  comme la somme de deux vecteurs

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 14-05-21 à 21:05

Bonjour Jean 3
il me semble plus facile de projeter C dur (DB) que A sur (DB).
Le projeté de C est h = milieu de DB. Donc \vec{DB}.\vec{DC}=DB²/2.
Est-ce que je me trompe?

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 16:32

Bonjour juliette001
je voulais dire  H projection de B  sur DA.

Tu abandonnes ou tu as finie l'exercice ?

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 18:44

bonjour,

Merci à vous de prendre le temps de me répondre! Non je n'abandonne pas je m'y remets là maintenant.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 19:15

comment fait on pour trouver que le produit scalaire des vecteurs DA et DB est égal à DB.DH ?

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 19:23

bonjour Breuil,
En fait je dois trouver deux manières de calculer le produit scalaire des vecteurs DA et DB donc est ce que c'est vraiment utile de faire DB•DC ? (simple question )

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 19:46

C'est du cours et de la trigonométrie dans le triangle rectangle BDH.
Dans l'expression DA.DB cos(pi/8)  , DB.cos(pi/8) c'est DH..
Revoir la définition du cosinus:   côté adjacent / hypoténuse
l'hypoténuse c'est DB et le côté adjacent c'est ?

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 20:17

ah oui, le côté adjacent c'est DH. J'ai essayé de trouver sa valeur mais je trouve quelque chose de bizarre avec beaucoup de racine de 2

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 15-05-21 à 21:23

Si on considère le triangle BCD. L'angle BDC vaut pi/8.
Le projeté orthogonal H de C sur (BD) est le milieu de [BD].(Triangle isocèle)
Donc\vec{DB}.\vec{DC}
= DB .DB/2 = DB. DC.cos(Pi/8).
On peut simplifier par DB et en déduire le cos(Pi/8). Rappel DC =a.

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 07:11

Bonjour

merci de me dire s'il y a quelque chose de peu clair ou de faux dans cette démarche.

J'expliquerai avec plaisir. Le produit scalaire par projection est une notion importante à bien comprendre. Cela revient en fait à utiliser la déf du cos vue en 3°.

Bonne journée  

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 10:34

Bonjour,

la démarche explicite de l'énoncé est :

1. Exprimer DA et DB en fonction de a.
- Pythagore judicieusement appliqué (ajouter des points avec astuce)
- ou Al-Kashi
- voire même ce qui est la démonstration d'Al-Kashi :

\vec{DB}^2 = (\vec{AB}-\vec{AD})^2  = ...

2.En exprimant de deux façons différentes le produit scalaire \vec{DA}\cdot{\red\vec{DB}} etc

l'une d'elles est DA\times {\red DB}\cos (ADB)
l'autre est ... une autre
on a le choix :
- décomposer \vec{DA} ou \vec{DB} en une somme ou une différence pour développer et simplifier

- utiliser (réciter) la formule préférée des livres de maths (la pire !)

\vec{DA}.\vec{DB} = \dfrac{1}{2}\left(\|\vce{DA}\|^2 + \|DB}\|^2 -\|\vec{DB}-\vec{DA}\|^2\right)

avec \vec{DB}-\vec{DA} = \vec{AB} et pas la différence des longueurs !!
(ça revient au même mais le développement direct au lieu de réciter par coeur évite de se mélanger les pinces entre les deux formules du livre : l'une en \|\vec{u}-\vec{v}\|^2 et l'autre en  \|\vec{u}+\vec{v}\|^2

- ou enfin comme tu (breuil) le fais ré-écrire autrement (en y ajoutant une paire de parenthèses) la même formule DA\times DB\cos (ADB)

(mais absolument pas DB DC !!!, ce n'est pas l'énoncé !!)


ces méthodes conduisent à des calculs différents (simplification d'expressions plus ou moins lourdes "avec des racines carrées partout")

finalement on peut aussi ignorer la démarche imposée et n'utiliser aucun produit scalaire ni Al-Kashi du tout, avec la même figure
pu calculer d'autres produits scalaires que celui demandé.
(on se demande même si le but caché de l'exo n'est pas de maitriser des calculs affreux !)


en tout cas :

Citation :
mais je trouve quelque chose de bizarre avec beaucoup de racine de 2

sans que juliette001 donne explicitement ses propres calculs impossible d'en dire quoi que ce soit ...

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 10:51


Bonjour et merci Matafou

Au temps pour moi!

Je me suis centré sur le but mais je n'ai pas suffisamment vu l'énoncé.

En effet ce n'est pas très logique. On peut se demander s'il n'y a pas une erreur d'énoncé!

Ou alors remarquer que les coordonnées de D sont( -(\sqrt{2}/2)a,( \sqrt{2}/2) a +a) Et tout faire avec des coordonnées.

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 10:59

Mieux peut -être écrire \vec{DA}.\vec{DB}=(\vec{DB}+\vec{BA}).\vec{DB}. Développer.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 10:59

des coordonnées c'est encore une fois ignorer l'énoncé tel qu'il est ...

et tel qu'il est ça marche très bien
juste les calculs sont un peu (trop) pénibles par rapport à d'autres démarches (quoique ...)

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 11:06

Ma dernière suggestion peut se faire sans coordonnées. \vec{BA}.\vec{DB} se calcule facilement par la géométrie pure. On projette sur (AB).

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 11:13

 \vec{DA}.\vec{DB}=(\vec{DB}+\vec{BA}).\vec{DB}

mouais ...

AB^2 = \vec{AB}^2 = \left(\vec{DB}-\vec{DA}\right)^2 = DB^2 + DA^2 - 2\vec{DA}.\vec{DB}

donnera \vec{DA}.\vec{DB} à partir des seules longueurs déja calculées la question d'avant
(façon logique à mon avis d'enchaîner les questions)
...

mais comme j'ai dit :
on peut calculer ce produit scalaire de différentes façons.
on en choisit une et on développe.

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 11:24

AB = a d'après l'énoncé.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 12:06

bein oui

dans le calcul que j'indique, on connait tout sauf le produit scalaire
AB = a, DB (longueur) et DA (longueur) calculés question 1.
et donc la valeur du produit scalaire (ne pas simplifier outrageusement)

comme d'autre part (ce que veut dire "de deux façons différentes") ce produit scalaire est DB×DA cos pi/8
ça donnera cos pi/8 ...

c'est ça l'idée de l'énoncé. (à quelques variantes près sur la façon de calculer ce fameux produit scalaire)

Posté par
breuil
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 12:33

Oui , en fait vous (tu?) avez ( as) raison . Ici cette vilaine formule est utile et efficace.
On a fait le tour de la question. Moi avec quelques errements. Mais c'est comme ça qu'on avance!
Bon courage à Juliette 001.  Je vais rentrer dans une période de silence pénitentiel.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 21:31

breuil @ 16-05-2021 à 12:33

Oui , en fait vous (tu?) avez ( as) raison . Ici cette vilaine formule est utile et efficace.
On a fait le tour de la question. Moi avec quelques errements. Mais c'est comme ça qu'on avance!
Bon courage à Juliette 001.  Je vais rentrer dans une période de silence pénitentiel.


merci à vous de m'avoir aiguillée !

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 22:02

Bonjour mathafou (et merci)

En 1ère méthode j'ai fait : DA.DB = DAxDBxcos(ADB)
                                                                                       = a(1+2) x a(2+2) x cos (/8

Pour la 2ème méthode, j'ai donc fait avec la formule commençant par 1/2:
j'ai alors : DA.DB= 1/2[(a2(1+2)2 + a2(2+2) - a2]
= 1/2 (a2( 2x2 + 3+2+2 -1)

Je ne sais pas si cela est juste pour continuer

Posté par
Priam
re : Exercice produit scalaire 1ère 16-05-21 à 22:23

Bonsoir,
1ère et 2ème méthodes : tes formules sont justes.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 17-05-21 à 22:36

merci !
J'ai un peu plus développé la 2è formule et j'ai donc :
DA.DB= 1/2(a2(32 +4)
Je ne suis pas sûre du résultat...

Mais normalement si tout va bien j'ai :
1/2(a2(32 +4) = a(1+2) x a(2+2) x cos (/8)

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 17-05-21 à 22:46

Cela me semble assez compliqué à résoudre...

Posté par
Priam
re : Exercice produit scalaire 1ère 18-05-21 à 09:30

Tu vas y arriver.
Commence par reprendre l'expression de 22h02 (2ème méthode), mets  a²  en facteur et réduis le reste.

Posté par
Priam
re : Exercice produit scalaire 1ère 18-05-21 à 09:34

. . . sans développer (1 + 2)² .

Posté par
jean3
re : Exercice produit scalaire 1ère 18-05-21 à 10:53

Bonjour juliette001

Tu as plusieurs  méthode. Je t'expose la mienne qui utilise le point H :

DH=1+\frac{\sqrt{2}}{2}


\vec{DB}.\vec{DA}=DB.DA\; cos\frac{\Pi }{8}
\vec{DH}.\vec{DA}=DH.DA


En égalant les deux expressions et en simplifiant par DA on a pour cos(pi/8)

{\left(1+\frac{\sqrt{2}}{2} \right)}/{\sqrt{ 2+\sqrt{2}}}=

\frac{1}{2}\left(2+\sqrt{2} \right)}/{\sqrt{ 2+\sqrt{2}}}



En remarquant que le numérateur privé de 1/2 est le carré du dénominateur on obtient le résultat demandé.

Posté par
juliette001
re : Exercice produit scalaire 1ère 18-05-21 à 22:27

Priam @ 18-05-2021 à 09:30

Tu vas y arriver.
Commence par reprendre l'expression de 22h02 (2ème méthode), mets  a²  en facteur et réduis le reste.


Bonsoir,
Alors, j'ai fait ce que vous m'avez dit et je trouve :
1/2 [a2(1+2)2-1+2]
= a(1+2) x a((2+2)) x cos (/8)

Je dois à mon avis me débarasser du 1/2 ...

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