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Droites du plan

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En géométrie analytique, une droite est décrite par une équation que vérifient les coordonnées de tous ses points. Avec la pente, les distances et quelques formules, on répond à tous les items : droite parallèle ou perpendiculaire, point équidistant, abscisse à l'origine, changement de repère.

L'essentiel

  • Équation réduite y = mx + p : m est la pente (coefficient directeur), p l'ordonnée à l'origine (là où la droite coupe l'axe Oy). Équation cartésienne ax + by + c = 0 : sa pente vaut −a/b (si b ≠ 0). Une droite verticale s'écrit x = k.
  • Droite passant par A(x₀ ; y₀) de pente m : y − y₀ = m(x − x₀). Pente de la droite (AB) : m = (y_B − y_A)/(x_B − x_A).
  • Parallèles : même pente (ou mêmes coefficients a et b, seul c change). Perpendiculaires : produit des pentes égal à −1. Ainsi la perpendiculaire à ax + by + c = 0 s'écrit bx − ay + c′ = 0.
  • Abscisse à l'origine p (point (p ; 0)) et ordonnée à l'origine q (point (0 ; q)) : la droite a pour équation x/p + y/q = 1 (forme segmentaire).
  • Distance entre deux points : AB = √((x_B − x_A)² + (y_B − y_A)²). Distance d'un point M(x₀ ; y₀) à la droite ax + by + c = 0 : |ax₀ + by₀ + c|/√(a² + b²).
  • Point équidistant de A et B : il est sur la médiatrice de [AB]. On écrit MA² = MB², ce qui donne une équation du premier degré.
  • Changement de repère par translation, nouvelle origine O′(a ; b) : x = X + a et y = Y + b. Rotation de centre O et d'angle θ, dans le sens trigonométrique (inverse des aiguilles d'une montre) : M(x ; y) devient M′(x cos θ − y sin θ ; x sin θ + y cos θ). Exemple : avec θ = 45°, M(0 ; 2) devient M′(−√2 ; √2).

Les formules

Droite par un point et une pente
y − y₀ = m(x − x₀)
Pente
m = (y_B − y_A)/(x_B − x_A) ; pour ax + by + c = 0 : m = −a/b
Parallèles et perpendiculaires
m = m′ ; m × m′ = −1
Forme segmentaire
x/p + y/q = 1
p abscisse à l'origine, q ordonnée à l'origine
Distance entre deux points
AB = √((x_B − x_A)² + (y_B − y_A)²)
Distance d'un point à une droite
d = |ax₀ + by₀ + c|/√(a² + b²)
Translation des axes
x = X + a ; y = Y + b
nouvelle origine O′(a ; b)
Rotation de centre O et d'angle θ
x′ = x cos θ − y sin θ ; y′ = x sin θ + y cos θ
sens trigonométrique

La méthode

  1. 1Traduis chaque information en équation : un point de passage, une pente, une condition de parallélisme ou de perpendicularité, une distance.
  2. 2Pour une intersection de deux droites, résous le système de leurs équations.
  3. 3Pour une droite parallèle (ou perpendiculaire) à une autre, garde (ou échange avec un signe) les coefficients a et b, puis trouve c avec le point de passage.
  4. 4Pour un point situé sur une droite donnée, écris ses coordonnées avec une seule inconnue (par exemple (a ; 2a) sur y = 2x).
  5. 5Vérifie la réponse en remplaçant les coordonnées du point donné dans l'équation trouvée.

Un exemple résolu

Une droite d passe par A(2 ; 1) et son abscisse à l'origine est le double de son ordonnée à l'origine (non nulle). Donne son équation, puis sa distance à l'origine O.

  1. 1.On note q l'ordonnée à l'origine ; l'abscisse à l'origine vaut alors 2q.
  2. 2.Forme segmentaire : x/(2q) + y/q = 1. On multiplie par 2q : x + 2y = 2q.
  3. 3.A(2 ; 1) est sur d : 2 + 2 × 1 = 2q, donc q = 2.
  4. 4.Équation : x + 2y = 4, soit x + 2y − 4 = 0. Contrôle : elle coupe Oy en (0 ; 2) et Ox en (4 ; 0), et 4 = 2 × 2.
  5. 5.Distance de O(0 ; 0) à d : |0 + 0 − 4|/√(1² + 2²) = 4/√5.
  6. 6.On rend le dénominateur rationnel : 4/√5 = 4√5/5.

Réponse : d : x + 2y − 4 = 0, et sa distance à l'origine vaut 4√5/5 (environ 1,79).

Les pièges à éviter

  • Confondre parallèle et perpendiculaire : la perpendiculaire à x − 3y + 5 = 0 (pente 1/3) a pour pente −3, donc s'écrit 3x + y + c = 0.
  • Oublier la valeur absolue ou la racine dans la distance point-droite.
  • Pour une distance AB donnée, oublier la deuxième solution : (x − 2)² = 36 donne x = 8 ou x = −4.
  • Se tromper de sens dans la translation : si O′(a ; b) est la nouvelle origine, on remplace x par X + a, et non par X − a.
  • Une droite parallèle à x + 3 = 0 est verticale : elle s'écrit x = k, pas y = k.

À retenir

Pente m = −a/b ; parallèles : même pente ; perpendiculaires : produit des pentes −1 ; distance d'un point à une droite : |ax₀ + by₀ + c|/√(a² + b²).

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