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produit scalaire dans un tétraèdre

Posté par
justine2194
23-11-11 à 15:50

Bonjour !
J'ai un DM de maths a faire pour la semaine prochaine ( plus precisement lundi ) mais je n'arrive pas a repondre a une des questions ce qui m'enpeche de continuer l'exercice :S

Quelqu'un pourrait t-il m'aider ?
En soit, il n'est pas très difficile, mais la question me bloque.

L'exercice :
OABCDEFG est le cube d'arête 1. L'espace est muni d'un repère orthonormal (0;OA;OC;OD)
On désigne âr a un réel strictement positif. L,M et K sont les points definis par vecteurOL=a(vecteurOC) , vecteurOM= a(vecteurOA) et vecteur BK= a(vecteurBF)

1)a) Calculer le produit scalaire vecteurDM.vecteurDL
b) En déduire la valeur, en fonction de a, de cos(angleMDL)
c) En déduire que sin(angleMDL) = (a(a2+2))/(1+a2)
d) calculer l'aire du triangle DLM
e) demontrer que la droite (OK) est orthogonale au plan(DLM)

2) On note H le projeté orthogonal de O (et de K) su le plan(DLM)
a) Démontrer que OM.OK=OH.OK (les quatres sont des vecteurs)
b) Les vecteurs OH et OK étant colinéaires, on note le réel tel que vecteurOH=vecteurOK. Démontrer que =a/(a2+2). En déduire que H appartient au segment [OK]
c) Déterminer les coordonnées de H
d) exprimer vecteurHK en fonction de vecteurOK. En déduire que (longueur)HK=(a2-a+2)/((a2+2)

3) à l'aide des questions précédentes, déterminer le volume du tétraèdre DLMK en fonction de a.


Pour la première question, j'ai décomposer vecteurDM en vecteurDO+vecteurOM et vecteurDL=vecteurDO+vecteurOL.
Je trouve que vecteurDM.vecteurDL=vecteurDO.vecteurDO = DOxDOxcos0= 1X1X1=1

Ensuite pour la seconde question, j'ai un petit problème car je n'arrive pas a trouver la longueur de DM et DL,et comme je voudrais faire vecteurDM.vecteurDL= DMxDLxcos(MDL), cela m'empeche de trouver le cosinus et donc je ne peux plus continuer

Pour la troisième question, je ne vois pas comment on peut arriver a trouver le cosinus.
Le reste me semble faisable, sauf pour trouver les coordonnées de H, je ne vois pas comment faire et comment en déduire la valeur de HK (question 2)d)).
Pour le volume, je connais la formule, donc je pense que je pourrais reussir a l'appliquer mais si quelqu'un voudra bien me donner le resultat qu'il a trouvé pour voir si cela conforte ce que j'ai trouvé !

Merci beaucoup d'avance a tous ceux qui m'aiderons !

Merci. Justine2194

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 16:12

Bonjour
DM^2=DL^2=1+a^2

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 16:27

Mais comment peut on justifier que DM2=DL2 ? c'est sa que je ne comprend pas...

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 16:35

les triangles DOM et DOL sont rectangles en O par construction, donc th de Pythagore

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 16:50

Ah ba oui, c'est bête, je n'y avait pas penser. Je suis restée sur la pensée que l'on ne connaissait pas l'emplacement exact de M et de N sur OA et OC !

Mais à ce moment là alors mon calcul de vecteurDM.vecteurDL est faux car j'avais trouvé 1 mais ici sa ferait :
vecteurDM.vecteurDL= DM x DL x cos(MDL)
1=1+a2 x cos(MDL)
O=cos(MDL)

et ce n'est pas possible !?

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 16:55

avec des parenthèses...
1=DL\times DM\times cos (MDL)
 \\ 1=(1+a^2)cos (MDL)

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 17:24

D'accord !
Les maths c'est pas trop mon fort ! :S

Donc je trouve cos(MDL)=1/(1+a2).
Mais comment fait-on pour en déduire le sinus ? je n'arrive pas a trouver la formule.
Je pensais utiliser le fait que sin(MDL)=LM/DM et comme on a déja DM d'après la question précedente on peut déterminer LM par la formule d'Al-Kashi ?

J'essaye mais j'ai du me tromper car je n'obtient pas le même resultat que dans l'énoncé

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 17:30

je fais LM2=(1+a2)+(1+a2)-(2 x (1+a)x(1+a)x cos 1/(1+a2))
mais je ne vois pas comment supprimer le cos de la formule car il y a a2 dans son expression et on ne connait pas a

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 17:39

sin^2(x)+cos^2(x)=1

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 18:10

je ne vois pas bien comment utiliser cette formule... par quoi remplacer x ? et comment passer d'un cos2 a un cos ?

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 18:24

cos(MDL)=\frac{1}{1+a^2}>0
d'où l'angle MDL est aigu ==>  sin(MDL)>0
cos^2(MDL)=(\frac{1}{1+a^2})^2
 \\
sin^2(MDL)+cos^2(MDL)=1

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 19:01

J'ai trouvé ! Merci beaucoup !
Pour calculer l'aire de DLM je pensais utiliser la formule A= (Bxh)/2 mais dans ce cas la base serait LM et la hauteur passant par D et perpendiculaire a LM, seulement je ne sais pas comment la calculer et on a pas la valeur de LM

Après pour démontrer que (OK) est orthogonale au plan (DLM) je pensais decomposer vecteurOK.vecteurDM et vecteurOK.vecteurDL. Pour les 2 on trouve qu'ils sont égal a 0 ainsi (OK)(DLM)

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 19:27

tu as du voir cette formule  aire du triangle ABC
Aire= 1/2 AB*AC sin .

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 19:39

je trouve A=(a(1+a2)(2+a2))2

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 19:40

Est-ce la bonne façon de démontrer l'orthogonalité de (OK) et du plan (DLM)?

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 19:52

je trouve aussi.
aire=\frac{1}{2}a(1+a^2)\sqrt{a^2+2}
  ta méthode semble correcte

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 21:45

J'ai reussi a demontrer que vecteurOM.vecteurOK= vecteurOH.vecteurOK. Seulement pour la question d'après, pour démontrer la valeur de , je n'y arrive pas.
J'ai cherché la valeur de MK et j'ai trouvé MK=2 (ce qui me parait un peu bizarre compte tenu de la longueur des cotés du cube =1 )
j'ai trouvé la valeur de OK=2+a
J'essaye de partir de vecteurOM.vecteurOK= vecteurOH.vecteurOK pour arriver a trouver la valeur de OH mais je n'abouti a rien.
Je tombe sur vecteurOM.vecteurOK= a2+2a+4
et ensuite : vecteurOM.vecteurOK= vecteurOH.vecteurOK=OH x OK x cos0 = OH x (2+a) x 1
et donc OH= (a2+2a+)/(2+a) alors qu'il de vrait etre egal a vecteurOK soit (2a+a2)/(a2+2)

J'espère que vous passerez une bonne nuit, et que je pourrais vous retrouver demain soir.
Déjà merci beaucoup pour toute l'aide que vous m'avez apporter !
A demain.

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 23-11-11 à 22:20

J'ai reussi à démontrer que vecteurOM.vecteurOK= vecteurOH.vecteurOK.
très bien
\vec{OH}=\lambda \vec{OK}
 \\
OB^2=OA^2+AB^2=2
 \\ OK^2=OB^2+BK^2=2+a^2
OK^2=2+\red a^2
le projeté de K sur (OA)=A
\vec{OM}.\vec{OK}=OM.OA=a.1
 \\ \vec{OH}.\vec{OK}=\lambda \vec{OK}.\vec{OK}
 \\ =\lambda .OK^2=\lambda (2+a^2)=a
 \\ \lambda=\frac{a}{2+a^2}
 \\
  à demain.
Bonne soirée à toi aussi

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 18:02

Je cherche beaucoup trop loin je crois ! . Mais quand on nous d'y la manière de s'y prendre, cela parait tout de suite beaucoup plus simple. Mais je ne pense pas que j'aurais trouver quand même.

A partir de cela, on nous demande de justifier que H appartient à [OK], il suffit de dire que comme il y a une proportionnalité entre OH et OK, alors ils sont alignés et donc que H appartient à [OK] ?

Pour les coordonnées de H : H((2+a2);(2+a2);(2+a2)). Donc H((a(2+a2)/(a2+2);(a(2+a2)/(a2+2);(a(2+a2)/(a2+2))
et donc H(a;a;a) ?

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 18:08

Citation :
A partir de cela, on nous demande de justifier que H appartient à [OK]

il faut donc montrer que :
0≤OH≤OK en distance

coordonnées de H
détermine les coordonnées du point K
tu en déesuis celles de H puisque
\vec{OH}=\frac{a}{a^2+2}\vec{OK}

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 18:09

tu en déduis

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 18:56

C'est ce que je voulais faire, trouver les coordonnées du point K pour trouver celle de H mais trouver celle de K me paraissent plus difficIle que celles de H ! je ne vois pas comment les trouver. Mais cela veut dire que les coordonnées de H que j'ai trouvée ne sont pas correctes ?

Et en disant que OH est plus petit que OK Puisque OH=OK cela ne suffit pas ? il faut calculer OH ?

Et j'ai essayer de faire la suite, je n'y arrive vraiment pas, cela me desespere
Je n'arrive pas non plus a exprimer HK en fonction de OK. Je sais qu'il y a un rapport entre les deux mais je n'arrive pas a le determiner. Ce qui me bloque c'est que l'on ne connait pas les coordonnées de H ni de K et donc je n'arrive pas a calculer HK.

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 20:42

coordonnées de K
K(1;1;a)

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 20:51

pour distance HK
tu appliques la formule
HK=\sqrt{(x_K-x_H)^2+(y_K-y_H)^2+(z_K-z_H)^2}

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 21:14

Mais si j'utilise la formule que vous avez donner en utilisant K(1;1;a) et H(a;a;a) je trouve que HK(2-4a+2a) et dans la consigne il nous demande de démontrer que HK = (a2-a+2)/((a2+2)

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 21:21

les coordonnées de H ne sont pas (a;a;a)
rappel
K(1;1;a)
\vec{OH}=\frac{a}{a^2+2}\vec{OK}

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 22:20

J'ai compris la methode. Le résultat que je trouve n'est pas encore correct mais je le paufinerai demain pour essayer de le trouver

Pour la derniere question, on prend HK comme hauteur et DLM comme base ?

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 24-11-11 à 22:56

Pour la dernière question, on prend HK comme hauteur et DLM comme base ?
OUI
à demain
Bonne nuit

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 25-11-11 à 18:02

pour H je trouve H(a/(a2+2);a/(a2+2);a2/(a2+2)
J'ai cherché la valeur de HK mais je n'ai pas reussi a la trouver, je trouve H (((a2+2-a)/(a2+2))2;((a2+2-a)/(a2+2))2;(a(a2+2)/(a2+2))2)
et après je n'y arrive plus, le fait que trois terme soit au carré dans la parenthèse me bloque

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 25-11-11 à 19:57

Bonsoir,
j'avais zappé cette question...

Citation :
d) exprimer vecteurHK en fonction de vecteurOK

\vec{HK}=\vec{OK}-\vec{OH}=\vec{OK}-\lambda \vec{OK}=(1-\frac{a}{a^2+2})\vec{OK}

HK=(1-\frac{a}{a^2+2})OK=
tu devrais retrouver la formule donnée
sachant que  
(a^2+2)=(\sqrt{a^2+2})^2
 \\

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 26-11-11 à 19:57

J'ai essayer de trouver HK ce qui ne me parait pas dur, seulement je trouve HK=((a2+2-a)/(a2+2))*(a2+2). Il faudrait alors que j'enleve (a2+2) en haut et en bas car il est en facteur pour les deux.Seulement si je les supprime, cela donne HK=(a2+2-a) et alors ce n'est pas le resultat demandé dans la consigne

Pour la dernière question, il faut faire 1/3x aire de DLM(que l'on a trouvé dans une question précédente)xHK que l'on vient de trouver. Mais je trouve V=a3+a5-a2-a4+2a+2a3 et ce résultat me parait bizarre...

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 26-11-11 à 20:56

HK=1-\frac{a}{a^2+2}OK=\frac{a^2+2-a}{a^2+2}OK=\frac{a^2-a+2}{(\sqrt{a^2+2})^2}OK
 \\
or  OK^2=a^2+2==>OK=\sqrt{a^2+2}

HK=\frac{a^2-a+2}{(\sqrt{a^2+2})^2}\sqrt{a^2+2}

HK=\frac{a^2-a+2}{\sqrt{a^2+2}}
Volume =\frac{1}{3}HK\times \ aire \ de \ DLM

Posté par
justine2194
re : produit scalaire dans un tétraèdre 27-11-11 à 16:15

Pour trouver la valeur du volume, je trouve V=a(a4+a3+3a2-a+2)/6. J'ai essayer de réduire les carrés mais ça ne donne rien. Mais le problème c'est que je pense que ce que j'ai trouvé n'est pas la bonne formule, sinon sa ferait une aire beaucoup beaucoup trop grande par rapport au triangle lui même.

Posté par
Labo
re : produit scalaire dans un tétraèdre 27-11-11 à 21:29

bonsoir,
V=\frac{1}{6}a(a^2-a-2)(1+a^2)
  tu n'es pas obligé de développer



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