Équations de droites

Série d'exercices sur les équations cartésiennes et réduites de droites en seconde.

Revoyons ensemble les points essentiels sur les Équations de Droites avant de démarrer les exercices. Ces rappels sont vos fondations pour réussir !

1. Équation Cartésienne d'une Droite : $ax + by + c = 0$

Forme générale : L'équation cartésienne d'une droite est de la forme $ax + by + c = 0$, où $a$ et $b$ ne sont pas simultanément nuls.

Vecteur Directeur : Un vecteur directeur de cette droite est $\vec{u} = \begin{pmatrix} -b \\ a \end{pmatrix}$. Retenez bien l'inversion et le signe moins devant le $b$ !

Déterminer une équation : Pour trouver une équation cartésienne, on utilise souvent un point $A$ de la droite et un vecteur directeur $\vec{u}$. La condition de colinéarité $\det(\overrightarrow{AM}, \vec{u}) = 0$ (où $M(x, y)$ est un point quelconque de la droite) permet de retrouver l'équation.

2. Équation Réduite d'une Droite : $y = mx + p$

Forme réduite : L'équation réduite est de la forme $y = mx + p$, où $m$ est le coefficient directeur (la pente) et $p$ est l'ordonnée à l'origine (l'ordonnée du point d'intersection avec l'axe des ordonnées).

Coefficient Directeur $m$ : Il indique la "pente" de la droite. $m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}$ pour deux points $A$ et $B$ sur la droite.

Ordonnée à l'origine $p$ : C'est la valeur de $y$ quand $x = 0$. C'est le point où la droite coupe l'axe des ordonnées.

Cas particuliers :

Droites verticales : Équation de la forme $x = c$ (pas d'équation réduite $y = mx + p$). Coefficient directeur : infini (non défini).

Droites horizontales : Équation de la forme $y = c$. Équation réduite : $y = 0x + c$. Coefficient directeur : $m = 0$.

3. Passage d'une forme à l'autre

Cartésienne $\rightarrow$ Réduite : À partir de $ax + by + c = 0$, on isole $y$. Si $b \neq 0$, on obtient $y = -\frac{a}{b}x - \frac{c}{b}$, donc $m = -\frac{a}{b}$ et $p = -\frac{c}{b}$.

Réduite $\rightarrow$ Cartésienne : À partir de $y = mx + p$, on réarrange pour obtenir $mx - y + p = 0$, ou pour avoir des coefficients entiers, on peut multiplier par le dénominateur de $m$ et $p$ si nécessaire.

4. Position relative de deux droites

Parallèles : Deux droites sont parallèles si et seulement si elles ont le même coefficient directeur (même "pente"). En équations cartésiennes, les vecteurs directeurs sont colinéaires.

Sécantes : Deux droites sont sécantes si elles ne sont pas parallèles, c'est-à-dire si elles n'ont pas le même coefficient directeur. Elles se coupent en un unique point.

Confondus : Droites parallèles ET ayant au moins un point commun. En équation réduite : même équation. En cartésienne : équations proportionnelles.

Intersection : Pour trouver les coordonnées du point d'intersection de deux droites, on résout le système d'équations formé par les équations des deux droites.

C'est noté ? 💪 Maintenant, place aux exercices ! Bonne chance !

Équations de droites

Exercice 1 : Équations cartésiennes à partir d'un point et d'un vecteur directeur

Dans un repère orthonormé $(O, \vec{i}, \vec{j})$, déterminez une équation cartésienne de la droite $\mathscr{D}$ passant par le point $A$ et de vecteur directeur $\vec{u}$ dans les cas suivants :

a) $A(2, -1)$ et $\vec{u} = \begin{pmatrix} 3 \\ 2 \end{pmatrix}$.

b) $A(-3, 4)$ et $\vec{u} = \begin{pmatrix} -1 \\ 5 \end{pmatrix}$.

c) $A(0, 0)$ et $\vec{u} = \begin{pmatrix} 2 \\ -3 \end{pmatrix}$.

Exercice 2 : Équations cartésiennes à partir de deux points

Déterminez une équation cartésienne de la droite $(AB)$ passant par les points $A$ et $B$ dans les cas suivants :

a) $A(1, 3)$ et $B(-2, 0)$.

b) $A(4, -2)$ et $B(4, 5)$.

c) $A(-1, -1)$ et $B(2, -1)$.

Exercice 3 : Vérification de l'alignement de points

Déterminez une équation cartésienne de la droite $(AB)$ puis vérifiez si le point $C$ appartient à cette droite. Conclure si les points $A$, $B$ et $C$ sont alignés.

a) $A(-2, 4)$, $B(7, 2)$ et $C(3, \frac{14}{9})$.

b) $A(-4, -1)$, $B(4, 3)$ et $C(2, 1)$.

Exercice 4 : Droites parallèles et équations cartésiennes

Déterminez une équation cartésienne de la droite $\mathscr{D}$ parallèle à la droite $(AB)$ et passant par le point $C$ dans les cas suivants :

a) $A(5, 4)$, $B(-1, 2)$ et $C(4, -3)$.

b) $A(-5, -1)$, $B(6, 4)$ et $C(1, 2)$.

Exercice 5 : Vecteur directeur et équation cartésienne

Pour chacune des droites données par leur équation cartésienne, déterminez un vecteur directeur :

a) $d_1: 3x - 2y + 5 = 0$.

b) $d_2: -x + 4y - 1 = 0$.

c) $d_3: 2x + 3 = 0$.

d) $d_4: -5y + 7 = 0$.

Exercice 6 : Position relative de deux droites à partir de leurs équations cartésiennes

Déterminez si les droites $d$ et $d'$ sont parallèles (strictement ou confondues) ou sécantes dans les cas suivants :

a) $d: 3x - y + 2 = 0$ et $d': -6x + 2y - 4 = 0$.

b) $d: 2x + 5y - 1 = 0$ et $d': 5x - 2y + 3 = 0$.

c) $d: x - 2y + 3 = 0$ et $d': x - 2y - 1 = 0$.

Exercice 7 : Passage de l'équation cartésienne à l'équation réduite (forme $y = mx + p$)

Pour chacune des droites données par leur équation cartésienne, déterminez si possible leur équation réduite de la forme $y = mx + p$. Précisez le coefficient directeur $m$ et l'ordonnée à l'origine $p$ lorsqu'ils existent.

a) $d_1: 2x - y + 3 = 0$.

b) $d_2: 3x + 2y - 6 = 0$.

c) $d_3: x - 5 = 0$.

d) $d_4: 4y + 8 = 0$.

Exercice 8 : Passage de l'équation réduite à l'équation cartésienne

Pour chacune des droites données par leur équation réduite, déterminez une équation cartésienne de la forme $ax + by + c = 0$ avec $a$, $b$, $c$ entiers et $a \geq 0$.

a) $d_1: y = 3x - 2$.

b) $d_2: y = -\frac{1}{2}x + 4$.

c) $d_3: x = -3$.

d) $d_4: y = 5$.

Exercice 9 : Coefficient directeur et ordonnée à l'origine à partir de l'équation réduite

Pour chacune des droites données par leur équation réduite, lisez directement le coefficient directeur $m$ et l'ordonnée à l'origine $p$.

a) $d_1: y = -2x + 7$.

b) $d_2: y = \frac{3}{4}x - 1$.

c) $d_3: y = 6x$.

d) $d_4: y = -3$.

Exercice 10 : Déterminer l'équation réduite à partir du coefficient directeur et d'un point

Déterminez l'équation réduite de la droite $\mathscr{D}$ qui a le coefficient directeur $m$ donné et passe par le point $A$.

a) $m = 2$ et $A(1, 4)$.

b) $m = -\frac{1}{3}$ et $A(-3, 2)$.

c) $m = 0$ et $A(5, -1)$.

Exercice 11 : Déterminer l'équation réduite à partir de deux points

Déterminez l'équation réduite de la droite $(AB)$ passant par les points $A$ et $B$.

a) $A(2, 3)$ et $B(4, 7)$.

b) $A(-1, 5)$ et $B(2, -1)$.

c) $A(3, -2)$ et $B(3, 4)$.

d) $A(-2, -3)$ et $B(1, -3)$.

Exercice 12 : Parallélisme et équation réduite

Déterminez l'équation réduite de la droite $\mathscr{D}$ parallèle à la droite $d$ d'équation réduite donnée et passant par le point $A$.

a) $d: y = 4x - 1$ et $A(2, 5)$.

b) $d: y = -\frac{2}{3}x + 2$ et $A(-3, -1)$.

c) $d: y = 7$ et $A(0, 4)$.

d) $d: x = 2$ et $A(3, 1)$.

Exercice 13 : Intersections de deux droites

Déterminez les coordonnées du point d'intersection des droites $d_1$ et $d_2$ dont les équations réduites sont données. Si les droites sont parallèles, précisez s'il s'agit de droites strictement parallèles ou confondues.

a) $d_1: y = 2x - 1$ et $d_2: y = -x + 5$.

b) $d_1: y = 3x + 2$ et $d_2: y = 3x - 4$.

c) $d_1: y = -\frac{1}{2}x + 3$ et $d_2: 2y = -x + 6$.

d) $d_1: x = 4$ et $d_2: y = -2x + 1$.

Exercice 14 : Application - Prix d'une course de taxi

Le prix d'une course de taxi comprend une prise en charge et un tarif au kilomètre. Dans la ville Alpha, la prise en charge est de 2,50 € et le kilomètre parcouru coûte 1,80 €.

1. Exprimez le prix $y$ d'une course en fonction du nombre $x$ de kilomètres parcourus.

2. Quelle est la nature de la fonction ainsi définie ?

3. Représentez graphiquement cette fonction pour $x$ variant de 0 à 10 km.

4. Quel est le prix d'une course de 8 km ?

5. Quelle distance peut-on parcourir avec 20 € ?