# Représentation paramétrique de droites et de plans

Propriété

Dans un repère (O;i,j,k)(O\ ;\vec{i},\vec{j},\vec{k}) de l'espace, on considère la droite D\mathcal{D} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A\ ;y_A\ ;z_A) et de vecteur directeur u(αβγ)\vec{u} \begin {pmatrix} \alpha\\\beta\\\gamma \end{pmatrix}.

M(x;y;z)DM(x;y;z)\in \mathcal{D} si et seulement si il existe un réel tt tel que :

\\z=z_A+t\gamma \end{matrix}

Preuve

M(x;y;z)DM(x;y;z)\in \mathcal{D} si et seulement si AM\overrightarrow{AM} et u\vec{u} sont colinéaires, c'est-à-dire qu'il existe un réel tt tel que AM=tu\overrightarrow{AM}=t\overrightarrow{u}. Cela se traduit en terme de coordonnées par :

x-x_A=t\alpha\\ y-y_A=t\beta\\ z-z_A=t\gamma \end{matrix} \Leftrightarrow \begin{matrix} x=x_A+t\alpha\\ y=y_A+t\beta\\ z=z_A+t\gamma \end{matrix}\$\$

Définition

On dit que le système d'équations :

x=x_A+t\alpha\\ y=y_A+t\beta \\ z=z_A+t\gamma \end{matrix}

tRt\in\mathbb{R} est une représentation paramétrique de la droite D\mathcal{D} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A;y_A;z_A) et de vecteur directeur

(αβγ)$$ \begin{pmatrix} \alpha\\ \beta\\ \gamma \end{pmatrix}\$\$

Propriété

Dans un repère (O;i,j,k)(O\,;\vec{i},\vec{j},\vec{k}) de l'espace, le plan P\mathcal{P} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A;y_A;z_A) et de vecteurs directeurs u(αβγ)\vec{u}\begin{pmatrix} \alpha\\\beta\\\gamma \end{pmatrix} et v(αβγ)\vec{v}\begin{pmatrix} \alpha'\\\beta'\\\gamma' \end{pmatrix}.

M(x;y;z)PM(x\,;y\,;z)\in \mathcal{P} si et seulement si il existe deux réels tt et tt' tels que :

x=x_A+t\alpha+t'\alpha' \\ y=y_A+t\beta +t'\beta' \\ z=z_A+t\gamma +t'\gamma' \end{matrix}

Preuve

M(x;y;z)PM(x\ ;\ y\ ;\ z)\in \mathcal{P} si et seulement si AM\overrightarrow{AM}, u\vec{u} et v\vec{v} sont coplanaires, c'est-à-dire qu'il existe deux réels tt et tt' tels que AM=tu+tv\overrightarrow{AM}=t\overrightarrow{u}+t'\overrightarrow{v}. Cela se traduit en terme de coordonnées par :

y-y_A=t\beta +t'\beta' \\ z-z_A=t\gamma + t'\gamma' \end{matrix} \Leftrightarrow \begin{matrix} x=x_A+t\alpha+t'\alpha' \\ y=y_A+t\beta +t'\beta' \\ z=z_A+t\gamma +t'\gamma' \end{matrix}\$\$

Définition

On dit que le système d'équations :

x=x_A+t\alpha \\ y=y_A+t\beta \\ z=z_A+t\gamma \end{matrix}

tRt\in\mathbb{R} est une représentation paramétrique de la droite D\mathcal{D} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A;y_A;z_A) et de vecteur directeur

(αβγ)$$ \begin{pmatrix} \alpha\\ \beta\\ \gamma \end{pmatrix}\$\$

Propriété

Dans un repère (O;i,j,k)(O\,;\vec{i},\vec{j},\vec{k}) de l'espace, le plan P\mathcal{P} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A;y_A;z_A) et de vecteurs directeurs u(αβγ)\vec{u} \begin{pmatrix} \alpha\\\beta\\\gamma \end{pmatrix} et v(αβγ)\vec{v} \begin{pmatrix} \alpha'\\\beta'\\\gamma' \end{pmatrix}.

M(x;y;z)PM(x\,;y\,;z)\in \mathcal{P} si et seulement si il existe deux réels tt et tt' tels que :

{x=xA+tα+tαy=yA+tβ+tβz=zA+tγ+tγ\begin{cases} x=x_A+t\alpha+t'\alpha' \\ y=y_A+t\beta +t'\beta' \\ z=z_A+t\gamma +t'\gamma' \end{cases}

Preuve

M(x;y;z)PM(x\ ;\ y\ ;\ z)\in \mathcal{P} si et seulement si AM\overrightarrow{AM}, u\vec{u} et v\vec{v} sont coplanaires, c'est-à-dire qu'il existe deux réels tt et tt' tels que AM=tu+tv\overrightarrow{AM}=t\overrightarrow{u}+t'\overrightarrow{v}. Cela se traduit en terme de coordonnées par :

{xxA=tα+tαyyA=tβ+tβzzA=tγ+tγ{x=xA+tα+tαy=yA+tβ+tβz=zA+tγ+tγ\begin{cases}x-x_A=t\alpha+t'\alpha' \\ y-y_A=t\beta +t'\beta' \\ z-z_A=t\gamma + t'\gamma' \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} x=x_A+t\alpha+t'\alpha' \\ y=y_A+t\beta +t'\beta' \\ z=z_A+t\gamma +t'\gamma' \end{cases}.

Définition

On dit que le système d'équations :

{x=xA+tα+tαy=yA+tβ+tβz=zA+tγ+tγ\begin{cases}x=x_A+t\alpha+t'\alpha' \\y=y_A+t\beta +t'\beta' \\z=z_A+t\gamma +t'\gamma' \end{cases}tRt\in\mathbb{R} et tRt'\in\mathbb{R} est une représentation paramétrique du plan P\mathcal{P} passant par A(xA;yA;zA)A(x_A\,;y_A\,;z_A) et de vecteurs directeurs u(αβγ)\vec{u} \begin {pmatrix} \alpha\\\beta\\\gamma \end{pmatrix} et v(αβγ)\vec{v} \begin {pmatrix} \alpha'\\\beta'\\\gamma' \end{pmatrix}.

Remarque

Il existe une infinité de représentations paramétriques, que ce soit pour une droite ou pour un plan.

Méthode [Étudier des positions relatives]

Exercice:

Étudier les positions relatives des droites dd et dd' puis du plan \wp et de la droite dd'. On donnera leur intersection éventuelle.

Le plan \wp a pour représentation paramétrique :

{x=12t+3ty=2+ttz=3t\begin{cases} x=1-2t+3t'\\y=-2+t-t'\\z=3-t \end{cases} avec tRt\in\mathbb{R} et tRt'\in\mathbb{R}

Les droites dd et dd' ont pour représentation paramétrique :

dd : {x=2+4ty=52tz=1+2t\begin{cases} x=2+4t\\y=5-2t\\z=1+2t \end{cases} avec tRt\in\mathbb{R} et

dd' : {x=4ty=2+tz=1+3t\begin{cases} x=4-t\\y=-2+t\\z=1+3t \end{cases} avec tRt\in\mathbb{R}

Correction

Attention : la même lettre tt désigne deux paramètres différents. Il faut donc changer de lettre dans les résolutions de système pour les différencier.

\wp est dirigé par les vecteurs u(211)\vec{u} \begin {pmatrix} -2\\1\\-1 \end{pmatrix} et v(311)\vec{v} \begin {pmatrix} 3\\-1\\-1 \end{pmatrix}.

dd et dd' ont pour vecteur directeur respectif w(422)\vec{w} \begin {pmatrix} 4\\-2\\2 \end{pmatrix} et w(113)\vec{w'} \begin {pmatrix} -1\\1\\3 \end{pmatrix}.

On remarque que w=2u\overrightarrow{w}=-2\overrightarrow{u} donc dd est parallèle à \wp. Le point A(2;5;1)A(2;5;1) appartient à dd.

S'il appartient à \wp alors dd\subset\wp, sinon dd est strictement parallèle à \wp.

Or, {2=12t+3t5=2+tt1=3t{2t+3t=1tt=7t=2{t=53t=5t=2\begin{cases} 2=1-2t+3t'\\5=-2+t-t'\\1=3-t \end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases} -2t+3t'=1\\t-t'=7\\t=2 \end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases} t'=\dfrac{5}{3}\\t'=-5\\t=2 \end{cases}

Le système n'ayant pas de solution, A∉A\not\in \wp donc dd est strictement parallèle à \wp.

Déterminons maintenant d\wp\cap d' : MdM\in\wp\cap d'\Leftrightarrow il existe trois réels tt, tt' et kk tels que :

{x=12t+3ty=2+ttz=3tx=4ky=2+kz=1+3k{4k=12t+3t2+k=2+tt1+3k=3tx=4ky=2+kz=1+3k{k+2t3t=3kt+t=03k+t=2x=4ky=2+kz=1+3k\begin{cases} x=1-2t+3t'\\y=-2+t-t'\\z=3-t\\x=4-k\\y=-2+k\\z=1+3k \end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases} 4-k=1-2t+3t'\\-2+k=-2+t-t'\\1+3k=3-t\\x=4-k\\y=-2+k\\z=1+3k \end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases} -k+2t-3t'=-3\\k-t+t'=0\\3k+t=2\\x=4-k\\y=-2+k\\z=1+3k\end{cases}

En finissant la résolution du système, on obtient t=145t'=\dfrac{14}{5} ; t=5220t=\dfrac{52}{20} et k=15=0,2k=\dfrac{-1}{5}=-0,2, ce qui nous donne x=4,2x=4,2 ; y=2,2y=-2,2 et z=0,4z=0,4.

Ainsi, \wp et dd' sont sécantes au point K(4,2;2,2;0,4)K(4,2;-2,2;0,4)