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Géométrie analytique : distance et partage d'un segment

Chaque point d'un plan a une adresse (x, y). La distance entre A(x₁, y₁) et B(x₂, y₂) est d = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²] : c'est simplement Pythagore appliqué à l'écart en x et à l'écart en y. Un point P qui coupe [AB] à l'intérieur dans le rapport m : n est P = ((mx₂ + nx₁)/(m + n), (my₂ + ny₁)/(m + n)). Quand m = n, P est le milieu.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Voici une grille avec deux points, A(1, 1) et B(4, 5). On veut savoir quelle distance les sépare.
  2. Avance d'abord tout droit vers la droite depuis A. Compte les carrés bleus : 4 − 1 = 3. C'est l'écart en x.
  3. Monte maintenant tout droit jusqu'à B. Compte les carrés verts : 5 − 1 = 4. C'est l'écart en y. Les deux trajets forment un angle droit.
  4. La droite oblique AB est le grand côté d'un triangle rectangle. Avec Pythagore, AB = √(3² + 4²) = √25 = 5. C'est la formule de distance.
  5. Maintenant B se déplace en (7, 4). On coupe AB en 2 + 1 = 3 morceaux égaux. P est à 2 morceaux de A et à 1 morceau de B, donc P partage AB dans le rapport 2 : 1. P = (5, 3).
  6. Jeu libre : déplace B avec les curseurs et change m et n. La distance et le point P se mettent à jour sous la grille.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Pourquoi soustrait-on les coordonnées ?

La soustraction dit combien de carrés séparent les points. Les dalles bleues de la 3D valent exactement x₂ − x₁.

Et si l'écart est négatif ?

Un écart négatif veut seulement dire qu'on va vers la gauche ou vers le bas. Quand on l'élève au carré, le signe disparaît, donc la distance est toujours positive.

D'où vient la racine carrée ?

Pythagore donne AB² = écart² + écart². Pour obtenir AB lui-même, et non AB², on prend la racine carrée. Regarde la ligne violette devenir 5 à l'étape 3.

Pourquoi m va-t-il avec x₂ et pas avec x₁ ?

P est à m morceaux de A, donc il penche de m parts vers B. Plus m est grand, plus P se rapproche de B, donc m doit multiplier la coordonnée de B.

Le milieu est-il juste la formule de partage ?

Oui. Pose m = n = 1 à la dernière étape : P est exactement au milieu et la formule devient la moyenne.

La distance change-t-elle si j'échange A et B ?

Non. (x₁ − x₂)² est égal à (x₂ − x₁)². Essaie de déplacer B autour de A en jeu libre : la distance ne dépend que des écarts.

Un point a une adresse : (x, y)

Dessine deux droites graduées qui se croisent à angle droit. La droite couchée est l'axe des x (abscisses). La droite debout est l'axe des y (ordonnées). Elles se coupent à l'origine O(0, 0).

Chaque point a deux nombres. Le premier (x, l'abscisse) dit de combien aller à droite ou à gauche. Le second (y, l'ordonnée) dit de combien monter ou descendre. Ainsi (3, 2) veut dire 3 vers la droite, puis 2 vers le haut.

Formule de distance

Prends A(x₁, y₁) et B(x₂, y₂). Marche depuis A tout droit jusqu'à te retrouver sous B. Ce trajet est l'écart en x, x₂ − x₁. Puis monte tout droit jusqu'à B. Ce trajet est l'écart en y, y₂ − y₁. Les deux trajets se rencontrent à angle droit, donc AB est l'hypoténuse d'un triangle rectangle.

Avec Pythagore : AB = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²].

Un écart négatif n'est pas un problème, car le carré le rend positif. La distance de P(x, y) à l'origine est √(x² + y²).

Utiliser la formule de distance

Formule de partage (division intérieure)

Un point P est sur le segment AB, entre A et B. Si AP : PB = m : n, on dit que P partage AB intérieurement dans le rapport m : n.

Imagine AB coupé en m + n morceaux égaux. P est à m morceaux de A. Donc P avance de m/(m + n) du chemin de A vers B. On obtient

P = ( (m·x₂ + n·x₁)/(m + n) , (m·y₂ + n·y₁)/(m + n) )

Pourquoi ça marche : dessine de petits triangles rectangles sous AP et sous PB. Ils ont les mêmes angles, donc ils sont semblables, et leurs écarts sont dans le rapport m : n. (Voir Triangles semblables.)

Formule du milieu

Si m = n, P est le milieu : ((x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2). Il suffit de faire la moyenne des x et la moyenne des y.

Trouver le rapport

Si le rapport est inconnu, appelle-le k : 1. Mets-le dans la formule, compare avec le x (ou le y) donné et résous pour k. Pour trouver où l'axe des x coupe AB, pose y = 0.

Points de trisection

Deux points coupent AB en trois parties égales. Ils partagent AB dans les rapports 1 : 2 et 2 : 1.

Essaie toi-même (pratique)

À la maison : Colle deux lignes de ruban sur un carrelage comme axes x et y. Place-toi sur la dalle (1, 1). Pose une chaussure sur la dalle (4, 5). Compte 3 dalles en largeur et 4 dalles en hauteur. Tends maintenant une ficelle droite entre toi et la chaussure et mesure-la en largeurs de dalle : elle vaut 5. Tu viens de vérifier la formule de distance.

Dans la 3D : va à la dernière étape. Mets B en (7, 1) et m : n à 1 : 1. Prévois P avant de regarder. (Réponse : (4, 1), le milieu.)

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Trouve la distance entre A(1, 1) et B(4, 5).

Écart en x = 4 − 1 = 3. Écart en y = 5 − 1 = 4. AB = √(3² + 4²) = √(9 + 16) = √25 = 5 unités.

2. Trouve la distance du point P(−6, 8) à l'origine.

OP = √[(−6)² + 8²] = √(36 + 64) = √100 = 10 unités.

3. Trouve le milieu de A(2, −3) et B(6, 7).

x = (2 + 6)/2 = 4. y = (−3 + 7)/2 = 2. Milieu = (4, 2).

4. Trouve le point qui partage A(1, 1) et B(7, 4) intérieurement dans le rapport 2 : 1.

m = 2, n = 1. x = (2×7 + 1×1)/3 = 15/3 = 5. y = (2×4 + 1×1)/3 = 9/3 = 3. P = (5, 3).

5. Les points A(1, 2), B(3, 6) et C(4, 8) sont-ils sur une même droite ?

AB = √(4 + 16) = √20 = 2√5. BC = √(1 + 4) = √5. AC = √(9 + 36) = √45 = 3√5. AB + BC = 2√5 + √5 = 3√5 = AC. Donc oui, ils sont alignés.

6. Trouve le point de l'axe des x équidistant de A(2, −5) et B(−2, 9).

Le point est P(x, 0). PA² = PB² : (x − 2)² + 25 = (x + 2)² + 81. x² − 4x + 4 + 25 = x² + 4x + 4 + 81. −8x = 56, donc x = −7. P = (−7, 0).

7. Dans quel rapport le point (−1, 6) partage-t-il le segment joignant A(−3, 10) et B(6, −8) ?

Prends le rapport k : 1. x = (6k − 3)/(k + 1) = −1. Donc 6k − 3 = −k − 1, 7k = 2, k = 2/7. Rapport = 2 : 7. Vérifie avec y : (−8×2 + 10×7)/9 = 54/9 = 6 ✓.

8. Trouve les points de trisection du segment joignant A(2, −2) et B(−7, 4).

P partage AB dans le rapport 1 : 2 : P = ((−7 + 4)/3, (4 − 4)/3) = (−1, 0). Q partage AB dans le rapport 2 : 1 : Q = ((−14 + 2)/3, (8 − 2)/3) = (−4, 2).

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. La distance entre (0, 0) et (3, 4) est :
2. Le milieu de (2, 4) et (6, 8) est :
3. Dans la formule de partage, le point P partage AB intérieurement dans le rapport m : n. L'abscisse de P est :
4. La distance de (−5, 12) à l'origine est :
5. L'axe des x partage le segment joignant A(2, −3) et B(5, 6) dans le rapport :

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Quelle est la formule de distance en mots simples ?

Trouve l'écart horizontal (en x) et l'écart vertical (en y) entre les points. Élève-les au carré, additionne, puis prends la racine carrée. C'est Pythagore sur une grille.

Quelle différence y a-t-il entre la formule de partage et la formule du milieu ?

La formule de partage donne un point qui coupe un segment dans un rapport m : n quelconque. La formule du milieu est le cas particulier m = n = 1 : on fait simplement la moyenne des coordonnées.

Combien de points vaut la géométrie analytique à l'examen ?

Dans les programmes qui suivent le modèle indien (CBSE, classe 10), cette unité vaut environ 6 points sur 80. Les questions sur la distance et le partage tombent presque chaque année.

Où c'est enseigné

Canada (Ontario)Grade 10Analytic Geometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªGeometry
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NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Geometric calculations
Spain4º ESOSpatial sense
Spain1º BachilleratoSpatial Sense
CBSE (India)Class 10Coordinate Geometry
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USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Connecting algebra and geometry through coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Connecting algebra and geometry through coordinates
Japan高校2年Figures and equations
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
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FranceSecondeAutomatic skills
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Russia9 классCoordinate method
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