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Chapitre 3
TP INFO

Distance entre un point de l'espace et une droite

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Énoncé
L'espace est muni d'un repère orthonormé ( \text{O} \: ; \overrightarrow{i} \: , \overrightarrow{j} \: , \overrightarrow{k}). On considère le point \text{L} (5 \: ; -2 \: ; -1) et la droite \Delta de représentation paramétrique \left\{\begin{array}{l} x=4 t-3 \\ y=2 t \\ z=4 t-1 \end{array}\right., t \in \mathbb{R}. Questions préliminaires :
1. Déterminer un vecteur directeur \overrightarrow{u} de la droite \Delta.


2. Déterminer les coordonnées du point \text{K} \in \Delta tel que t = 0.
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Objectif
Déterminer empiriquement la distance entre le point \text{L} et la droite \Delta à l'aide d'une des trois méthodes.
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Méthode 1
GeoGebra

Dans , ouvrir une fenêtre 3D et n'afficher ni le plan, ni les axes.
1. En utilisant la barre de saisie, placer les points \text{K} et \text{L} à l'aide de leurs coordonnées.

Placeholder pour Image de formule mathématique : coordonnées (5, -2, -1) représentant un vecteur dans l'espace 3D.Image de formule mathématique : coordonnées (5, -2, -1) représentant un vecteur dans l'espace 3D.

2. Créer un vecteur directeur \overrightarrow{u} de la droite \Delta dans la barre de saisie.

Placeholder pour Formule mathématique définissant un vecteur u avec des coordonnées.Formule mathématique définissant un vecteur u avec des coordonnées.

3. Créer un représentant du vecteur \overrightarrow{u} ayant pour origine \text{K} pour ensuite tracer la droite \Delta.

4. Placer un point \text{M} sur cette droite et faire afficher la longueur \text{LM}.
5. Déplacer le point \text{M} jusqu'à obtenir la longueur minimale de \text{LM}.
Quelles sont alors les coordonnées de \text{M}?

6. Affcher la mesure de l'angle \widehat{\text{LMK}}.
Que constate-t-on ?
Logo Geogebra

GeoGebra

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Méthode 2
Python

On considère le code Python ci-dessous.
1. Que renvoie la fonction droite ? Faire un essai avec t = 2.

2. Que renvoie la fonction distance ? Faire un essai en prenant comme argument droite(2).

3. Créer une fonction test qui prend en entrée t_1 et t_2 correspondant à deux points \text{A} et \text{B} de la droite \Delta et un pas p et qui renvoie la distance minimale entre le point \text{L} et les points du segment [\text{AB}].
Aide
On pourra créer une variable min qui gardera en mémoire la distance minimale à chaque passage de la boucle.

4. Utiliser cette fonction pour déterminer le point de \Delta le plus proche de \text{L} lorsque t \in[-5 \: ; 5] avec un pas de 1, puis un pas de 0{,}1.
from math import sqrt
def droite(t) :
	x = 4*t - 3
	y = 2*t
	z = 4*t - 1
	return([x, y, z])

def distance(l) :
	d = sqrt((l[0]-5)**2+(l[1]+2)**2+(l[2]+1)**2)
	return(d)
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Méthode 3
Tableur

Ouvrir une feuille de calcul.
1. Dans la colonne A, placer les valeurs de t de -5 à 5 avec un incrément de 1.
2. Dans les colonnes B, C et D, calculer les coordonnées x, y et z des points de la droite \Delta correspondant aux valeurs de t de la colonne A.
3. Dans la colonne E, calculer la distance de chaque point à \text{L} en utilisant la formule adéquate.

4. Quelles semblent être les coordonnées du point le plus proche de \text{L} ?

5. Refaire les mêmes manipulations avec un pas de 0{,}1 pour les valeurs de t, puis avec un pas de 0{,}01.
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