Après l’étude des positions relatives de droites et de plans dans l’espace, cette fiche propose d’étudier vectoriellement le cas particulier du parallélisme entre droites et plans de l’espace.
I) Caractérisation vectorielle d’une droite et d’un plan de l’espace
1) Droites de l’espace
Soit A un point et un vecteur non nul.
La droite passant par A et de vecteur directeur est l’ensemble des points M de l’espace pour lesquels il existe tel que .
2) Plan de l’espace
Un vecteur non nul de l’espace est un vecteur normal à un plan lorsqu’il est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan .
Le plan passant par A et de vecteur normal est l’ensemble des points M de l’espace tels que les vecteurs et sont orthogonaux, c’est-à-dire que .
II) Étude vectorielle du parallélisme dans l’espace
Parallélisme de deux droites de l’espace
Soit et Δ des droites ayant pour vecteurs directeurs et .
et sont colinéaires Il existe tel que .
Parallélisme d’une droite et d’un plan de l’espace
Soit une droite et un plan de l’espace, un vecteur directeur de et un vecteur normal à .
// et sont orthogonaux
Parallélisme de deux plans de l’espace
Soit et ′ deux plans de l’espace, un vecteur normal à et un vecteur normal à ′.
// ′ et sont colinéaires Il existe tel que .
Méthodes
1) Établir le parallélisme de deux droites de l’espace
– une droite de vecteur directeur ;
D′ de vecteur directeur .
Démontrer que les droites et ′ sont parallèles.
Conseils
Démontrez que les vecteurs et , vecteurs directeurs respectifs de la droite et de la droite ′, sont colinéaires.
Solution
et , donc .
En effet : .
Les vecteurs et sont colinéaires, donc les droites et ′ sont parallèles.
2) Établir le parallélisme de deux plans de l’espace
Démontrer que les plans 1 et 2 sont parallèles.
Conseils
Étape 1 Dans tous les cas, déterminez un vecteur normal aux plans considérés à partir de leur équation cartésienne.
Étape 2 Démontrez ensuite qu’un vecteur normal à 2 est colinéaire à un vecteur normal à 1.
Solution
Étape 1 Le plan 1 a pour équation cartésienne , donc est un vecteur normal à ce plan.
P2 a pour équation cartésienne , donc est un vecteur normal à ce plan.
Étape 2 car .
Les vecteurs et sont colinéaires, donc les plans 1 et 2 sont parallèles.