Défi

Produit scalaire (2)

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Énoncé

On considère un carré ABCDABCD de côté 44 et de centre OO. On appelle II le milieu du segment [AB][AB] et JJ celui du segment [BC][BC].

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  1. Calculer les produits scalaires suivants :
    ABOC\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{OC}
    AICO\overrightarrow{AI}\cdot\overrightarrow{CO}
    AIBC\overrightarrow{AI}\cdot\overrightarrow{BC}
    DIDB\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}

  2. En déduire une valeur approchée de l’angle BDI^\widehat{BDI}.

Révéler le corrigé

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ABOC=ABIB=AB×IB=4×2=8\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{OC}=\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{IB}=AB\times IB=4\times2=8

AICO=AIBI=AI×BI=2×2=4\overrightarrow{AI}\cdot\overrightarrow{CO}=\overrightarrow{AI}\cdot\overrightarrow{BI}=-AI\times BI=-2\times2=-4

AIBC=0\overrightarrow{AI}\cdot\overrightarrow{BC}=0 car les deux vecteurs sont orthogonaux.

DIDB=12(DI2+DB2DIDB2)\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}=\dfrac{1}{2}\left(\lVert\overrightarrow{DI}\rVert^2+\lVert\overrightarrow{DB}\rVert^2- \lVert\overrightarrow{DI}-\overrightarrow{DB}\rVert^2\right)

DIDB=12(DI2+DB2DI+BD2){\phantom{\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}}=\dfrac{1}{2}\left(DI^2+DB^2- \lVert\overrightarrow{DI}+\overrightarrow{BD}\rVert^2\right)}

DIDB=12(DI2+DB2BI2){\phantom{\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}}=\dfrac{1}{2}\left(DI^2+DB^2-BI^2\right)}

On applique le théorème de Pythagore dans le triangle ADIADI rectangle en AA :
DI2=AI2+AD2=22+42=20DI^2=AI^2+AD^2=2^2+4^2=20

On applique le théorème de Pythagore dans le triangle ADBADB rectangle en AA :
DB2=AB2+AD2=42+42=32DB^2=AB^2+AD^2=4^2+4^2=32

On sait que BI2=22=4BI^2=2^2=4

Ainsi DIDB=12(20+324)=12×48=24\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}=\dfrac{1}{2}(20+32-4)=\dfrac{1}{2}\times48=24

On sait que DIDB=24\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}=24.

Or DIDB=DI×DB×cosBDI^=20×32×cosBDI^\overrightarrow{DI}\cdot\overrightarrow{DB}=DI\times DB\times\cos\widehat{BDI}=\sqrt{20}\times\sqrt{32}\times\cos\widehat{BDI}.

Par conséquent
cosBDI^=2420×32=310\cos\widehat{BDI}=\dfrac{24}{\sqrt{20}\times\sqrt{32}}=\dfrac{3}{\sqrt{10}}

Et BDI^18,4\widehat{BDI}\approx18,4^\circ.