Composantes scalaires d'un vecteur

Durée : 6 mn

Note maximale : 6

Question

En utilisant le cercle de rayon unité, montrez comment le produit scalaire de deux vecteurs \(\vec{OA}\) et \(\vec{OB}\) peut permettre de déterminer l'angle \(\varphi\), formé par leurs directions.

Utilisez le produit scalaire pour exprimer algébriquement que les trois vecteurs \(\vec{u_x}\), \(\vec{u_y}\), \(\vec{u_z}\), sont unitaires et orthogonaux.

En déduire l'expression des composantes scalaires d'un vecteur quelconque \(\vec{OM}\) de l'espace dans le repère orthonormé \((O:\vec{u_x}, \vec{u_y}, \vec{u_z})\).

Solution

On peut associer à chaque vecteur \(\vec{OA}\) ou \(\vec{OB}\) ou, un vecteur unitaire, \(\vec{OA_1}\) ou \(\vec{OB_1}\) ou , dont l'extrémité, \(A_1\) ou \(B_1\), se trouve sur le cercle de rayon unité : ainsi

\(\vec{OA_1}=\frac{\vec{OA}}{OA}\) et \(\vec{OB_1}=\frac{\vec{OB}}{OB}\)

(1 point)

On a alors \(\vec{OA_1}.\vec{OB_1}=\frac{\vec{OA}.\vec{OB}}{OA.OB}=\cos\varphi\)

(1 point)

Les trois vecteurs \(\vec{u_x}\), \(\vec{u_y}\), \(\vec{u_z}\), sont unitaires et orthogonaux s'ils sont tels que \(\vec{u_i}.\vec{u_j}=1\) et \(\vec{u_i}.\vec{u_j}=0\) lorsque \(j\) est différent de \(i\).

(2 points)

Soit alors d'un vecteur quelconque , \(\vec{OM}=x\vec{u_x}+y\vec{u_y}+z\vec{u_z}\), on a donc \(\vec{OM}.\vec{u_x}=x\)

Et plus généralement \(\vec{OM}.\vec{u_i}\)\(i = x, y\mathrm{ ou }z\).

(2 points)