# Vecteurs de l'espace
Remarque
On étend à l'espace la définition et les propriétés des vecteurs étudiées dans le plan.
Propriétés [Vecteurs colinéaires]
Deux vecteurs non nuls et sont colinéaires si et seulement si il existe un réel tel que . Par convention, le vecteur nul est colinéaire à tout vecteur de l'espace.
Propriété [Caractéristique]
et étant deux points distincts de l'espace, la droite est l'ensemble des points de l'espace tels que et soient colinéaires.
On dit que est un vecteur directeur de la droite .
Définition [Vecteurs coplanaires]
Trois vecteurs non nuls , et sont coplanaires si et seulement leurs représentants de même origine ont des extrémités et telles que et appartiennent à un même plan.
Propriété [Caractéristique]
, et étant trois points non alignés de l'espace, le plan est l'ensemble des points de l'espace tels que :
, avec et deux nombres réels.
On dit que et dirigent le plan .
Preuve
, et ne sont pas alignés. Les vecteurs et $ \overrightarrow{AC}$ n'étant pas colinéaires, est donc un repère du plan .
Si appartient à , alors , , et étant coplanaires, il existe et deux nombres réels tels que .
Réciproquement, si est un point de l'espace tel que \ , avec et deux nombres réels, alors il existe un point de la droite tel que .\ . est donc un point de la droite parallèle à passant par . Donc, comme , .
Propriété
Soit trois vecteurs non nuls , et tels que et ne sont pas colinéaires.
, et sont coplanaires si et seulement si il existe deux réels et tels que\ .
Preuve
Soit , , et les points de l'espace tels que , et .
, et sont coplanaires si et seulement si , , et sont coplanaires, c'est-à-dire si et seulement si il existe deux réels et tels que .
Méthode [Démontrer que quatre points sont coplanaires]
Il s'agit de démontrer que trois vecteurs sont coplanaires en écrivant l'un en fonction des deux autres.
Exercice:
Soit un tétraèdre, le milieu de ; et les points définis par et et G le point tel que soit un parallélogramme.
Exprimer les vecteurs , et en fonction de , et .
En déduire qu'il existe deux réels et tels que .
En déduire que les points et sont coplanaires.
Correction
\overrightarrow{IE} &= \overrightarrow{IA}+\overrightarrow{AE}=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AB}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AC}.\\ \overrightarrow{IF} &=\overrightarrow{IA}+\overrightarrow{AF}=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AB}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AD}.\\ \overrightarrow {IG}&=\overrightarrow{IA}+\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{DG}\\ &=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{BC}\\ &=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AC}\\ &=-\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{AC}. \end{aligned}
- Il existe deux réels et tels que
soit
Pour obtenir cette égalité, il suffit de prendre et tels que :
et et , soit, et .
D'où
- On en déduit que les vecteurs , et sont coplanaires, donc les points et sont coplanaires.