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GÉOMÉTRIE

Vecteurs et repérage dans le plan

Niveau 2ⁿᵈᵉ · Cours

🔁 Ce que tu sais déjà

🎯 À la fin de ce chapitre, je sais : reconnaître des vecteurs égaux et construire un représentant · additionner deux vecteurs et utiliser la relation de Chasles · calculer les coordonnées d'un vecteur · calculer une norme, une distance et les coordonnées d'un milieu.

Tu connais la translation depuis le collège : elle fait glisser une figure dans une direction donnée, sans la tourner ni la déformer. Tu sais aussi lire des coordonnées dans un repère et appliquer le théorème de Pythagore. Le vecteur est l'outil qui réunit tout cela.

✏️ Exemple

Une translation est décrite par trois informations : une direction, un sens et une longueur.

Ces trois informations, c'est exactement ce que porte un vecteur.

📌 À retenir

Un vecteur code un déplacement : direction, sens, longueur.

Dans un repère orthonormé, les deux axes sont perpendiculaires et gradués avec la même unité.

🌱 Vecteurs égaux et représentants

Sur un plan de ville, « avancer de 300 m vers le nord » décrit le même déplacement quel que soit l'endroit d'où l'on part. Le vecteur, c'est ce déplacement — pas la flèche particulière qui le dessine.

📖 Définition

Le VECTEUR AB⃗, noté aussi « vecteur AB », est défini par la translation qui transforme A en B. Le point A est son origine, le point B son extrémité.

Deux vecteurs sont ÉGAUX lorsqu'ils ont la même direction, le même sens et la même longueur. Chaque flèche qui dessine un vecteur en est un REPRÉSENTANT : un même vecteur en possède une infinité.

Le VECTEUR NUL, noté 0⃗, est le vecteur AA⃗ : il n'a ni direction ni sens et sa longueur est nulle. Le vecteur OPPOSÉ de AB⃗ est BA⃗.

yx-11234567-1123450ABCDABDCADBC

Dans le parallélogramme ABCD : AB⃗ = DC⃗ et AD⃗ = BC⃗.

✏️ Exemple

Propriété clé : ABCD est un parallélogramme si et seulement si AB⃗ = DC⃗.

Attention à l'ordre des lettres : dans le parallélogramme ABCD, les côtés [AB] et [DC] se correspondent, pas [AB] et [CD].

✏️ Exemple

Contre-exemple : AB⃗ et BA⃗ ne sont PAS égaux.

Ils ont la même direction et la même longueur, mais des sens OPPOSÉS : ce sont deux vecteurs opposés, et leur somme est le vecteur nul.

✏️ Exemple

Méthode — construire le point M tel que AM⃗ = u⃗.

1) Je repère le déplacement porté par u⃗ (par exemple 3 carreaux à droite et 1 vers le haut).

2) Je pars de A et j'effectue exactement ce déplacement.

3) J'obtiens M : le représentant de u⃗ d'origine A est unique.

⚠️
Pièges classiques
  • Un vecteur n'est pas un segment : [AB] et [BA] sont le même segment, alors que AB⃗ et BA⃗ sont des vecteurs différents.
  • Deux vecteurs peuvent être égaux sans être « au même endroit » : la position de la flèche n'entre pas en compte.
  • Dans un parallélogramme ABCD, l'égalité est AB⃗ = DC⃗ — une inversion de lettres donne un vecteur opposé.
📌 À retenir

Égalité de vecteurs : même direction, même sens, même longueur.

ABCD parallélogramme ⟺ AB⃗ = DC⃗. Vecteur opposé de AB⃗ : BA⃗. Vecteur nul : AA⃗ = 0⃗.

❓ Quiz — Égalité de vecteurs

Question 1 — Deux vecteurs sont égaux lorsqu'ils ont :

Question 2 — Dans le parallélogramme ABCD, à quel vecteur le vecteur AB est-il égal ?

Question 3 — Quel est le vecteur opposé du vecteur AB ?

➕ Somme de vecteurs et Chasles

Un randonneur marche 3 km vers l'est, puis 2 km vers le nord. Son déplacement total n'est pas 5 km : c'est un seul déplacement en diagonale, qui se lit directement en enchaînant les deux flèches.

📖 Définition

RELATION DE CHASLES : pour trois points A, B et C quelconques, AB⃗ + BC⃗ = AC⃗. On enchaîne les déplacements : l'extrémité du premier vecteur est l'origine du second.

RÈGLE DU PARALLÉLOGRAMME : si les deux vecteurs partent du même point A, leur somme est la diagonale du parallélogramme construit sur ces deux vecteurs.

CARACTÉRISATION DU MILIEU : I est le milieu de [AB] si et seulement si AI⃗ = IB⃗, ce qui équivaut aussi à IA⃗ + IB⃗ = 0⃗.

yx-11234567-1123450ABCABBCAC

La relation de Chasles : AB⃗ + BC⃗ = AC⃗.

✏️ Exemple

Méthode — simplifier une écriture vectorielle.

1) Je cherche deux vecteurs qui s'enchaînent, c'est-à-dire dont la lettre du milieu est commune.

2) Je les remplace par un seul vecteur : MN⃗ + NP⃗ = MP⃗.

3) Je recommence tant que c'est possible. Ainsi AB⃗ + BC⃗ + CD⃗ = AD⃗.

✏️ Exemple

Contre-exemple : AB⃗ + CD⃗ ne se simplifie pas directement.

Les lettres ne s'enchaînent pas (B puis C). Il faut d'abord remplacer CD⃗ par un vecteur égal d'origine B, ou passer par un point intermédiaire.

✏️ Exemple

Avec le milieu : si I est le milieu de [AB], alors AB⃗ = 2 AI⃗ et AI⃗ = IB⃗.

En revanche AI⃗ = BI⃗ est FAUX : ces deux vecteurs sont opposés.

⚠️
Pièges classiques
  • La longueur de la somme n'est pas la somme des longueurs : la diagonale est plus courte que le trajet en deux étapes.
  • Pour appliquer Chasles, la lettre finale du premier vecteur doit être la lettre initiale du second.
  • AI⃗ = IB⃗ caractérise le milieu ; AI⃗ = BI⃗ est une erreur classique de sens.
📌 À retenir

Chasles : AB⃗ + BC⃗ = AC⃗ — la lettre du milieu disparaît.

I milieu de [AB] ⟺ AI⃗ = IB⃗ ⟺ IA⃗ + IB⃗ = 0⃗.

❓ Quiz — Somme

Question 1 — À quoi est égale la somme des vecteurs AB et BC ?

Question 2 — Que vaut la somme des vecteurs AB, BC et CD ?

Question 3 — I est le milieu de [AB]. Laquelle de ces égalités est vraie ?

🧭 Coordonnées d'un vecteur

Dessiner une flèche suffit pour comprendre, mais pas pour calculer. Dans un repère, un vecteur se résume à deux nombres : le déplacement horizontal et le déplacement vertical.

📖 Définition

Dans un repère (O ; i⃗, j⃗), tout vecteur u⃗ s'écrit de façon unique u⃗ = x i⃗ + y j⃗. Le couple (x ; y) est le couple de COORDONNÉES de u⃗.

Si A(xA ; yA) et B(xB ; yB), les coordonnées du vecteur AB⃗ sont (xB − xA ; yB − yA) : coordonnées de l'ARRIVÉE moins celles du DÉPART.

Deux vecteurs sont égaux si et seulement s'ils ont les mêmes coordonnées. On additionne deux vecteurs en additionnant leurs coordonnées.

✏️ Exemple

Méthode — calculer les coordonnées d'un vecteur.

1) J'identifie le point de départ et le point d'arrivée.

2) Je soustrais : pour C(−1 ; 4) et D(3 ; −2), CD⃗ = (3 − (−1) ; −2 − 4) = (4 ; −6).

3) Je vérifie avec le vecteur opposé : DC⃗ = (−4 ; 6), ce sont bien les coordonnées opposées.

✏️ Exemple

Contre-exemple : les coordonnées de CD⃗ ne sont pas (−1 − 3 ; 4 − (−2)).

Ce calcul soustrait l'arrivée du départ : il donne les coordonnées de DC⃗, c'est-à-dire le vecteur opposé.

✏️ Exemple

Somme : si u⃗(3 ; −1) et v⃗(−5 ; 4), alors u⃗ + v⃗ = (3 + (−5) ; −1 + 4) = (−2 ; 3).

Décomposition : le vecteur w⃗(2 ; −7) s'écrit w⃗ = 2 i⃗ − 7 j⃗.

⚠️
Pièges classiques
  • Toujours ARRIVÉE moins DÉPART : c'est l'erreur de signe la plus fréquente du chapitre.
  • Attention aux doubles signes : 3 − (−1) = 4, et non 2.
  • Ne confonds pas les coordonnées d'un POINT (sa position) et celles d'un VECTEUR (un déplacement).
📌 À retenir

AB⃗ = (xB − xA ; yB − yA) — arrivée moins départ.

Somme : on additionne les coordonnées. Égalité : mêmes coordonnées.

❓ Quiz — Coordonnées

Question 1 — A(2 ; 5) et B(6 ; 1). Quelles sont les coordonnées du vecteur AB ?

Question 2 — C(−1 ; 4) et D(3 ; −2). Quelles sont les coordonnées du vecteur CD ?

Question 3 — u⃗(3 ; −1) et v⃗(−5 ; 4). Quelles sont les coordonnées de u⃗ + v⃗ ?

📐 Norme, distance et milieu

Deux bateaux sont repérés par leurs coordonnées sur une carte. Quelle distance les sépare ? Le déplacement de l'un vers l'autre est l'hypoténuse d'un triangle rectangle : Pythagore répond.

📖 Définition

Dans un repère ORTHONORMÉ, la NORME du vecteur u⃗(x ; y), notée ‖u⃗‖, est sa longueur : ‖u⃗‖ = √(x² + y²).

La DISTANCE entre A(xA ; yA) et B(xB ; yB) vaut donc AB = √((xB − xA)² + (yB − yA)²).

Le MILIEU I de [AB] a pour coordonnées ((xA + xB)/2 ; (yA + yB)/2) : on fait la moyenne des abscisses et la moyenne des ordonnées.

✏️ Exemple

Méthode — calculer une distance.

1) Je calcule les coordonnées du vecteur : pour A(2 ; 5) et B(6 ; 1), AB⃗ = (4 ; −4).

2) J'élève chaque coordonnée au carré et j'additionne : 16 + 16 = 32.

3) Je prends la racine : AB = √32 = 4√2 ≈ 5,66. On donne la valeur EXACTE quand c'est possible.

✏️ Exemple

Milieu : pour A(2 ; 5) et B(6 ; 1), le milieu de [AB] a pour coordonnées ((2 + 6)/2 ; (5 + 1)/2) = (4 ; 3).

Ce point est bien « au centre » : il est à égale distance de A et de B.

✏️ Exemple

Contre-exemple : la distance AB n'est pas |xB − xA| + |yB − yA|.

Cette somme, ici 4 + 4 = 8, correspond au trajet « en escalier » le long des axes. La distance à vol d'oiseau vaut √32 ≈ 5,66 : elle est plus courte.

⚠️
Pièges classiques
  • Les formules de norme et de distance ne valent que dans un repère ORTHONORMÉ : vérifie que l'énoncé le précise.
  • Une distance est toujours POSITIVE : un signe négatif signale une erreur.
  • Pour le milieu, on ADDITIONNE puis on divise par 2 ; c'est une moyenne, pas une différence.
📌 À retenir

‖u⃗‖ = √(x² + y²) et AB = √((xB − xA)² + (yB − yA)²) — c'est Pythagore dans le repère.

Milieu de [AB] : moyenne des abscisses, moyenne des ordonnées.

❓ Quiz — Norme et distance

Question 1 — Quelle est la norme du vecteur u⃗(3 ; 4) dans un repère orthonormé ?

Question 2 — A(2 ; 5) et B(6 ; 1). Que vaut la distance AB ?

Question 3 — Quelles sont les coordonnées du milieu de [AB] avec A(2 ; 5) et B(6 ; 1) ?

🏆
Cours terminé !

Ton mémo complet est dans l’encadré « Mémo ». Prêt·e pour les défis ?

📌 Mémo
🌱 Égalité
  • Direction + sens + longueur
  • ABCD parallélogramme ⟺ AB⃗ = DC⃗
  • Opposé de AB⃗ : BA⃗ · Nul : AA⃗

Un vecteur a une infinité de représentants

➕ Somme
  • Chasles : AB⃗ + BC⃗ = AC⃗
  • Règle du parallélogramme (même origine)
  • I milieu de [AB] ⟺ AI⃗ = IB⃗

La lettre du milieu disparaît

🧭 Coordonnées
  • AB⃗ = (xB − xA ; yB − yA)
  • Arrivée moins départ
  • Somme : on additionne les coordonnées

u⃗ = x i⃗ + y j⃗

📐 Distance
  • ‖u⃗‖ = √(x² + y²) (repère orthonormé)
  • AB = √((xB − xA)² + (yB − yA)²)
  • Milieu : moyenne des coordonnées

A(2;5) B(6;1) → AB = √32, milieu (4 ; 3)

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