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BAC Spé Maths 2022 — Métropole J2 Septembre 2022

Métropole 9 septembre 2022
Distances dans l'espace Droites et plans dans l'espace Géométrie dans l'espace

Cet exercice est issu des annales officielles du Baccalauréat Spécialité Mathématiques (Terminale générale), session Métropole J2 Septembre 2022. Il couvre 3 thèmes : Distances dans l'espace, Droites et plans dans l'espace, Géométrie dans l'espace. L'énoncé est accompagné d'indices progressifs pour guider la réflexion sans donner la réponse, et d'un corrigé détaillé.

Dans l'espace rapporté à un repère orthonormé $\left(O,\, \vec{\imath},\, \vec{\jmath},\, \vec{k}\right)$, on considère :

- la droite $\mathcal{D}$ passant par le point $A(2\,;\,4\,;\,0)$ et dont un vecteur directeur est $\vec{u}\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 0 \end{pmatrix}$ ;

- la droite $\mathcal{D}'$ dont une représentation paramétrique est : $\begin{cases} x = 3 \\ y = 3 + t \\ z = 3 + t \end{cases}$, $t \in \mathbb{R}$.

1.

Question Q1a

Donner les coordonnées d'un vecteur directeur $\vec{u'}$ de la droite $\mathcal{D}'$.

Question Q1b

Montrer que les droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}'$ ne sont pas parallèles.

Question Q1c

Déterminer une représentation paramétrique de la droite $\mathcal{D}$.

On admet dans la suite de cet exercice qu'il existe une unique droite $\Delta$ perpendiculaire aux droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}'$. Cette droite $\Delta$ coupe chacune des droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}'$. On appellera $M$ le point d'intersection de $\Delta$ et $\mathcal{D}$, et $M'$ le point d'intersection de $\Delta$ et $\mathcal{D}'$.

On se propose de déterminer la distance $MM'$ appelée « distance entre les droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}'$ ».

Question Q2

Montrer que le vecteur $\vec{v}\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$.

3. On note $\mathcal{P}$ le plan contenant les droites $\mathcal{D}$ et $\Delta$, c'est-à-dire le plan passant par le point $A$ et de vecteurs directeurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$.

Question Q3a

Montrer que le vecteur $\vec{n}\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ -5 \end{pmatrix}$ est un vecteur normal au plan $\mathcal{P}$.

Question Q3b

En déduire qu'une équation du plan $\mathcal{P}$ est : $2x - y - 5z = 0$.

Question Q3c

On rappelle que $M'$ est le point d'intersection des droites $\Delta$ et $\mathcal{D}'$.
Justifier que $M'$ est également le point d'intersection de $\mathcal{D}'$ et du plan $\mathcal{P}$.
En déduire que les coordonnées du point $M'$ sont $(3\,;\,1\,;\,1)$.

4.

Question Q4a

Déterminer une représentation paramétrique de la droite $\Delta$.

Question Q4b

Justifier que le point $M$ a pour coordonnées $(1\,;\,2\,;\,0)$.

Question Q4c

Calculer la distance $MM'$.

5. On considère la droite $d$ de représentation paramétrique $\begin{cases} x = 5t \\ y = 2 + 5t \\ z = 1 + t \end{cases}$ avec $t \in \mathbb{R}$.

Question Q5a

Montrer que la droite $d$ est parallèle au plan $\mathcal{P}$.

Question Q5b

On note $\ell$ la distance d'un point $N$ de la droite $d$ au plan $\mathcal{P}$.
Exprimer le volume du tétraèdre $ANMM'$ en fonction de $\ell$.

On rappelle que le volume d'un tétraèdre est donné par : $V = \dfrac{1}{3} \times \mathcal{B} \times h$ où $\mathcal{B}$ désigne l'aire d'une base et $h$ la hauteur relative à cette base.

Question Q5c

Justifier que, si $N_1$ et $N_2$ sont deux points quelconques de la droite $d$, les tétraèdres $AN_1MM'$ et $AN_2MM'$ ont le même volume.

Énoncé : Ministère de l'Éducation nationale — Baccalauréat Spécialité Mathématiques, Métropole J2 Septembre 2022 2022. Diffusé sous Licence Ouverte 2.0 (Etalab). Indices et correction : © Objectif Maths Tours.
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