Mathématiques du secondaire qualifiant

Produit vectoriel (1)

1- Orientation de l’espace - Produit vectoriel

1.1 Orientation de l’espace

1.1.1 Introduction

Soient i→ et j→ deux vecteurs orthogonaux de norme 1 dans l'espace usuel E3. Il y'a deux possibilités de leur adjoindre un troisième vecteur pour obtenir une base orthonormée dans V3, il existe donc deux bases.

repère dans l'espace

B(i→;j→;k→) et B'(i→;j→;-k→).

1.1.2 Définition

Soit (OIJK) un tétraèdre.
On pose OI→=i→; OJ→=j→ et OK→=k→
Si l'angle (i→;j→) est positif alors la base B(i→;j→;k→) est directe.
Et chaque triplet de vecteurs non coplanaires (u→;v→;w→) est orienté et l'espace est donc orienté.

1.1.3 Propriété

Soient B=(i→;j→;k→) une base orthonormée directe et O un point dans l'espace.
Le quadruplet (O;i→;j→;k→) est un repère orthonormé direct.

Exemples
Soit (O;i→;j→;k→) un repère orthonormé direct.
(i→;j→;k→) est une base orthonormée directe.
(j→;i→;k→) est une base orthonormée indirecte.
(j→;k→;i→) est une base orthonormée directe.

1.2 Produit vectoriel

1.2.1 Définition

Soient u→ et v→ deux vecteurs de V3.
Le produit vectoriel de u→ et v→, noté u→∧v→ est un vecteur défini par
1) Si u→ et v→ sont colinéaires alors u→∧v→=O→.

2) Si u→ et v→ ne sont pas colinéaires alors
(a) (u→ ∧ v→)⊥u→
et (u→∧v→)⊥v→.
(b) La base (u→;v→;u→∧v→) est directe.
(c) ||u→∧v→|| =||u→||×||v→||sin(u→;v→).

1.2.2 Résultat

Soit S la surface d'un triangle (ABC).

S =1||AB→∧AC→||
2
=1AB×ACsin(AB→;AC→)
2

Exemples

i→∧j→=k→ k→∧j→ = - i→ k→∧i→ = j→
i→∧i→=O→ j→∧j→ = O→ k→∧k→ = O→
1.2.3 Antisymétrie et Bilinéarité

Soient u→ ; v→ et w→ des vecteurs dans V3 et k un nombre réel non nul.
Antisymétrie u→∧v→=- v→∧u→
Bilinéarité
u→∧(v→+w→)=u→ ∧ v→ + u→ ∧ w→
et ku→∧v→ = u→∧(kv→) = (ku→)∧v→

Remarque
L'associativitée n'est pas vérifiée en général
c'est à dire u→∧(v→∧w→)≠(u→∧v→)∧w→.