Intersection d’une sphère avec une droite ou un plan
Positions relatives d’une sphère, d’un plan et d’une droite.
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Cours de Mathématiques : « Intersection d’une sphère avec une droite ou un plan », proposé par ndolomathndolomath
Sphère, droite et plan
💡 Idée principale : L’intersection d’une sphère et d’un plan dépend de : vide si , un point si (plan tangent), un cercle de rayon si . L’intersection avec une droite est vide, un point (droite tangente) ou deux points.
Ce que tu vas apprendre
Déterminer la position relative d’une sphère et d’un plan.
Déterminer le centre et le rayon du cercle d’intersection.
Écrire l’équation du plan tangent à une sphère en un point.
Déterminer l’intersection d’une sphère et d’une droite.
Pourquoi cette leçon ?
Quand on coupe une orange avec un couteau, on obtient un disque plus ou moins grand selon l’endroit de la coupe. Ce rayon dépend de la distance entre la coupe et le centre de l’orange.
Prérequis : vérifie tes bases
1
Calcule la distance de au plan .
2
Résous .
3
Écris l’équation de la sphère de centre et de rayon 5.
Situation problème : La coupe de l’orange
Une orange est modélisée par la sphère de centre et de rayon 5 cm. Un couteau coupe l’orange suivant le plan , puis un deuxième coup est donné suivant le plan . Quel est le rayon du disque obtenu à la première coupe ? Le deuxième coup touche-t-il l’orange ?
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Activité d’apprentissage
On compare la distance du centre au plan avec le rayon.
Calcule . Compare avec 5.
En utilisant Pythagore, calcule le rayon du cercle d’intersection de la sphère et de .
Calcule et conclus.
Réponds à la situation problème.
R1
Sphère et plan
Soit et le projeté orthogonal de sur . Si : intersection vide. Si : le plan est tangent à la sphère en . Si : l’intersection est le cercle de centre et de rayon .
Exemple à traiter : Étudie l’intersection de la sphère et du plan .
R2 · Plan tangent
Le plan tangent à la sphère en un point de la sphère est le plan passant par et de vecteur normal .
Exemple à traiter : Écris une équation du plan tangent à la sphère de centre passant par , au point .
R3
Sphère et droite
On remplace , , par une représentation paramétrique de la droite dans l’équation de la sphère : on obtient une équation du second degré en . Deux solutions : deux points ; une solution : droite tangente ; aucune : intersection vide.
Exemple à traiter : Détermine l’intersection de la sphère et de la droite .
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Erreurs fréquentes
⚠ Rayon du cercle
Le rayon du cercle d’intersection est , pas .
⚠ Centre du cercle
Le centre du cercle est le projeté orthogonal de sur le plan, pas .
Exercice d’application
Détermine pour que le plan soit tangent à la sphère de centre et de rayon 3.
Détermine le centre et le rayon du cercle d’intersection de la sphère et du plan .
Réponds à la situation problème.
À retenir
: vide, tangent, cercle de rayon . Droite : équation du second degré en .