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--- cours:lycee:generale:seconde_generale_et_technologique:mathematiques:applications_sur_les_vecteurs [2025/06/17 00:05] – Cours généré par l'IA: Applications sur les vecteurs (lycee, seconde_generale_et_technologique, mathematiques) wikiprof
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-===== Applications sur les vecteurs =====
+===== Applications des vecteurs en sciences physiques =====
 ==== Prérequis ====
-Ce cours nécessite la maîtrise des notions de base sur les vecteurs : définition, représentation graphique, égalité de deux vecteurs, opérations sur les vecteurs (somme, différence, multiplication par un scalaire). Il s'inscrit dans la continuité du chapitre sur l'introduction aux vecteurs et précède les applications géométriques plus avancées. Il est conseillé d'avoir une bonne compréhension des coordonnées cartésiennes dans le plan. Ce chapitre se place typiquement en début d'année de seconde.
+Ce cours nécessite une bonne compréhension des notions de vecteurs (somme, différence, produit scalaire) et des bases de la cinématique (vitesse, accélération). Il s'inscrit dans la continuité des chapitres sur les vecteurs et fait le lien direct avec les applications en physique, préparant ainsi aux cours de physique de seconde.
-==== Chapitre 1 : Vecteurs et coordonnées ====
+==== Chapitre 1 : Vecteurs et déplacement ====
-=== 1.1 Rappel : Coordonnées d'un vecteur ===
+=== 1.1 Le vecteur déplacement ===
-Un **vecteur** <m>vec{u}</m> dans un plan muni d'un repère orthonormé <m>(O; vec{i}, vec{j})</m> peut être représenté par ses coordonnées <m>(x ; y)</m>. <m>x</m> est l'abscisse et <m>y</m> l'ordonnée du vecteur. On note <m>vec{u}(x;y)</m>.
+Le **vecteur déplacement** <m>vec{d}</m> relie un point de départ A à un point d'arrivée B. Il est caractérisé par :
-  * ***Exemple :*** Le vecteur <m>vec{u}(2;3)</m> a une abscisse de 2 et une ordonnée de 3.
+  * Sa **direction** : la droite (AB).
+  * Son **sens** : de A vers B.
+  * Sa **norme** : la distance AB, notée <m>||vec{d}||</m> ou d.
-=== 1.2 Somme de deux vecteurs par coordonnées ===
+***Exemple :*** Un objet se déplace de 3 mètres vers l'est. Le vecteur déplacement a une norme de 3 mètres, une direction horizontale et un sens vers l'est.
-Soient deux vecteurs <m>vec{u}(x_u ; y_u)</m> et <m>vec{v}(x_v ; y_v)</m>. Leur somme <m>vec{w} = vec{u} + vec{v}</m> a pour coordonnées :
+=== 1.2 Composition des déplacements ===
-  <m>vec{w} (x_u + x_v ; y_u + y_v)</m>
-  * ***Exemple :*** <m>vec{u}(1;2)</m> et <m>vec{v}(3; -1)</m>. Alors <m>vec{u} + vec{v} = (1+3; 2+(-1)) = (4;1)</m>.
+Plusieurs déplacements successifs peuvent être représentés par une somme vectorielle. Le **déplacement résultant** est la somme vectorielle des déplacements individuels. On peut utiliser la méthode du parallélogramme ou la méthode de la relation de Chasles pour les calculer.
-=== 1.3 Multiplication d'un vecteur par un scalaire ===
+***Exemple :*** Un marcheur se déplace de 5 mètres vers le nord puis de 12 mètres vers l'est. Son déplacement résultant est donné par <m>vec{d_{résultant}} = vec{d_1} + vec{d_2}</m>, avec <m>||vec{d_1}|| = 5 m</m> et <m>||vec{d_2}|| = 12 m</m>. La norme du déplacement résultant se calcule avec le théorème de Pythagore : <m>||vec{d_{résultant}}|| = sqrt{5^2 + 12^2} = 13 m</m>.
-Soit un vecteur <m>vec{u}(x ; y)</m> et un scalaire <m>k</m>. Le vecteur <m>kvec{u}</m> a pour coordonnées :
+==== Chapitre 2 : Vecteurs et forces ====
-  <m>kvec{u} (kx ; ky)</m>
-  * ***Exemple :*** Si <m>vec{u}(2;3)</m> et <m>k=2</m>, alors <m>2vec{u} = (2 * 2 ; 2 * 3) = (4;6)</m>.
+=== 2.1 Représentation vectorielle d'une force ===
-==== Chapitre 2 : Applications aux problèmes géométriques ====
+Une **force** est une grandeur vectorielle caractérisée par :
-=== 2.1 Vecteurs colinéaires ===
+  * Son **point d'application** : le point où la force agit.
+  * Sa **direction** : la droite d'action de la force.
+  * Son **sens** : le sens de l'action de la force.
+  * Son **intensité** : la norme du vecteur force, mesurée en Newtons (N).
-Deux vecteurs <m>vec{u}(x_u ; y_u)</m> et <m>vec{v}(x_v ; y_v)</m> sont **colinéaires** si et seulement si il existe un scalaire <m>k</m> tel que <m>vec{u} = kvec{v}</m>, ce qui est équivalent à <m>x_u y_v - x_v y_u = 0</m>. Si les deux vecteurs ne sont pas nuls, cela signifie que leurs coordonnées sont proportionnelles.
+***Exemple :*** Une force de 10 N tire un objet vers le haut. Le vecteur force a une norme de 10 N, une direction verticale et un sens vers le haut.
-  * ***Exemple :*** <m>vec{u}(2;4)</m> et <m>vec{v}(1;2)</m> sont colinéaires car <m>vec{u} = 2vec{v}</m>. Aussi <m>2 * 2 - 4 * 1 = 0</m>.
+=== 2.2 Composition des forces ===
-=== 2.2 Milieu d'un segment ===
+La **force résultante** est la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur un objet. Si la force résultante est nulle, l'objet est en équilibre. La méthode du parallélogramme ou de la relation de Chasles s’applique ici aussi.
-Soient A et B deux points de coordonnées respectives (<m>x_A ; y_A</m>) et (<m>x_B ; y_B</m>). Les coordonnées du **milieu I** du segment [AB] sont données par:
+***Exemple :*** Deux forces de 5 N et 8 N s'appliquent sur un objet avec un angle de 90° entre elles. La norme de la force résultante est <m>sqrt{5^2 + 8^2} = 9.43 N</m>.
-  <m>I((x_A+x_B) / (2); (y_A+y_B) / (2))</m>
-  * ***Exemple :*** A(1;3) et B(5;1). I<m>((1+5) / (2); (3+1) / (2)) = (3;2)</m>.
+==== Chapitre 3 : Vecteurs et vitesse ====
-=== 2.3 Coordonnées du vecteur <m>vec{AB}</m> ===
+=== 3.1 Vecteur vitesse ===
-Soient A et B deux points de coordonnées respectives (<m>x_A ; y_A</m>) et (<m>x_B ; y_B</m>). Les coordonnées du vecteur <m>vec{AB}</m> sont:
+La **vitesse** est un vecteur qui caractérise la variation de la position d'un objet au cours du temps. Sa direction est tangente à la trajectoire, son sens est celui du mouvement et sa norme est la vitesse scalaire, exprimée en mètres par seconde (m/s).
-  <m>vec{AB}(x_B - x_A ; y_B - y_A)</m>
-  * ***Exemple :*** A(1;2) et B(4;6). <m>vec{AB}(4-1 ; 6-2) = (3;4)</m>.
+***Exemple :*** Une voiture roule à 20 m/s vers le nord. Le vecteur vitesse a une norme de 20 m/s, une direction horizontale et un sens vers le nord.
-==== Chapitre 3 : Exercices corrigés ====
+=== 3.2 Vecteur accélération ===
-**Exercice 1:**
+L'**accélération** est la variation du vecteur vitesse dans le temps. C'est un vecteur qui peut avoir différentes causes : variation de vitesse, variation de direction ou les deux simultanément. Elle est exprimée en mètres par seconde carrée (m/s²).
-  Soient les points A(2;1), B(5;3) et C(1;4).
-  - Déterminer les coordonnées des vecteurs <m>vec{AB}</m> et <m>vec{AC}</m>.
+***Exemple :*** Une voiture accélère de 2 m/s² vers l'avant. Le vecteur accélération a une norme de 2 m/s², une direction horizontale et un sens vers l'avant.
-  - Les vecteurs <m>vec{AB}</m> et <m>vec{AC}</m> sont-ils colinéaires ?
-**Corrigé:**
+==== Chapitre 4 : Applications et Exercices ====
-  - <m>vec{AB} (5-2; 3-1) = (3;2)</m> ; <m>vec{AC} (1-2; 4-1) = (-1;3)</m>
+Ce chapitre traite d'exemples concrets et d'exercices résolus.
-  - <m>x_AB * y_AC - x_AC * y_AB = 3 * 3 - (-1) * 2 = 11 \ne 0</m>. Donc <m>vec{AB}</m> et <m>vec{AC}</m> ne sont pas colinéaires.
-**Exercice 2:**
+**Exercice 1:** Une balle est lancée avec une vitesse initiale de 10 m/s à 45° par rapport à l'horizontale. Décomposer ce vecteur vitesse en ses composantes horizontale et verticale.
-  Déterminer les coordonnées du point D tel que ABCD soit un parallélogramme.
-**Corrigé:**
+**Corrigé guidé:** Il faut utiliser la trigonométrie. La composante horizontale est <m>v_x = 10 cos(45^circ) approx 7.07 m.s^-1</m> et la composante verticale est <m>v_y = 10 sin(45^circ) approx 7.07 m.s^-1</m>.
-  Dans un parallélogramme, <m>vec{AB} = vec{DC}</m>.
-  <m>vec{AB}(3;2)</m>. Donc <m>vec{DC}(3;2)</m>.
+**Exercice 2:** Deux forces, <m>vec{F_1}</m> de 5 N vers l'est et <m>vec{F_2}</m> de 10 N vers le nord, agissent sur un objet. Déterminer la force résultante.
-  On a C(1;4), donc D(1-3; 4-2) = D(-2;2).
+**Corrigé guidé:** On utilise le théorème de Pythagore. La norme de la force résultante est <m>sqrt{5^2 + 10^2} = sqrt{125} approx 11.18 N</m>. Sa direction et son sens se déduisent à l'aide de la trigonométrie (arctan(5/10) = environ 26,6 degrés par rapport à la verticale vers l'Est).
 ==== Résumé ====
-  * **Vecteur:** Segment orienté caractérisé par une direction, un sens et une norme.
+  * **Vecteur déplacement:** Relie un point de départ à un point d'arrivée, caractérisé par sa direction, son sens et sa norme (distance).
-  * **Coordonnées d'un vecteur:** Si <m>vec{u} = xvec{i} + yvec{j}</m>, alors les coordonnées de <m>vec{u}</m> sont <m>(x;y)</m>.
+  * **Déplacement résultant:** Somme vectorielle des déplacements individuels.
-  * **Somme de deux vecteurs:** <m>vec{u}(x_u; y_u) + vec{v}(x_v; y_v) = vec{w}(x_u + x_v; y_u + y_v)</m>.
+  * **Force:** Grandeur vectorielle caractérisée par son point d'application, sa direction, son sens et son intensité (mesurée en Newtons).
-  * **Multiplication par un scalaire:** <m>kvec{u}(x; y) = (kx; ky)</m>.
+  * **Force résultante:** Somme vectorielle des forces agissant sur un objet.
-  * **Vecteurs colinéaires:** Deux vecteurs sont colinéaires s'il existe un scalaire <m>k</m> tel que <m>vec{u} = kvec{v}</m>. Leurs coordonnées sont proportionnelles.
+  * **Vitesse:** Vecteur caractérisant la variation de position dans le temps (norme en m/s).
-  * **Coordonnées du milieu d'un segment [AB]:** <m>I((x_A+x_B) / (2); (y_A+y_B) / (2))</m>
+  * **Accélération:** Vecteur caractérisant la variation de vitesse dans le temps (norme en m/s²).
-  * **Coordonnées du vecteur <m>vec{AB}</m>:** <m>vec{AB}(x_B - x_A ; y_B - y_A)</m>
-  * Chapitre 1: Introduction aux coordonnées des vecteurs et opérations de base.
-  * Chapitre 2: Application des propriétés des vecteurs à la géométrie plane (colinéarité, milieu, parallélogramme).
-  * Chapitre 3: Résolution d'exercices d'application.