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Chapitre 2 — Géométrie

Chapitre 2 Seconde — Vecteurs 1 — Translation et égalité de vecteurs

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Programme officiel — Seconde générale et technologique 🔗 Source officielle (education.gouv.fr — BO du 2 avril 2026) 

Capacités et contenus exigibles — Programme officiel (BO)

  • Représenter un vecteur par une flèche et connaître son sens, sa direction et sa norme.
  • Utiliser la relation de Chasles.
  • Additionner des vecteurs géométriquement (règle du parallélogramme et méthode de la chaîne).
  • Multiplier un vecteur par un réel.
  • Caractériser la colinéarité de deux vecteurs.
  • Utiliser les vecteurs pour démontrer qu'un quadrilatère est un parallélogramme.

1. Introduction

Les vecteurs sont des objets mathématiques qui modélisent les déplacements. Ce premier chapitre introduit les vecteurs à travers la notion de translation, sans faire appel aux coordonnées. L'objectif est de construire une intuition géométrique solide avant d'aborder le calcul vectoriel dans le repère.

2. Cours

A — Translation

Définition — Translation

Une translation est un déplacement qui fait glisser toute figure dans la même direction, le même sens et la même distance, sans rotation ni déformation.

MNPM′N′P′u
Le triangle \(M'N'P'\) est l'image du triangle \(MNP\) par la translation de vecteur \(\vec u\) : chaque point a glissé de la même façon.

Définition — Vecteur \(\overrightarrow{AB}\)

Le vecteur \(\overrightarrow{AB}\) décrit le déplacement du point \(A\) vers le point \(B\). Il est caractérisé par sa direction (droite \((AB)\)), son sens (de \(A\) vers \(B\)) et sa norme (longueur \(AB\)).

direction : droite (AB)ABnorme : longueur ABsens : de A vers B
Un vecteur non nul est caractérisé par sa direction, son sens et sa norme.

Définition — Vecteur nul

Pour tout point \(A\), le vecteur \(\overrightarrow{AA} = \vec{0}\) est le vecteur nul.

⚠️ Point de vigilance : \(\overrightarrow{AB} \neq \overrightarrow{BA}\). On a \(\overrightarrow{BA} = -\overrightarrow{AB}\).

B — Égalité de vecteurs

Définition — Vecteurs égaux

Deux vecteurs sont égaux s'ils ont même direction, même sens et même norme. \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{CD}\) signifie que \(ABDC\) est un parallélogramme (non croisé).

ABCDABDCABCD
\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\) : le quadrilatère \(ABDC\) est un parallélogramme. Attention à l'ordre des sommets.

Propriété — Parallélogramme

\(ABCD\) est un parallélogramme si et seulement si \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\).

⚠️ Point de vigilance : Pour le parallélogramme \(ABCD\), c'est \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\) (et non \(\overrightarrow{CD}\)). L'ordre des sommets compte.

↗️ Atelier guidé — Translation et égalité de vecteurs pas à pas

Entraîne-toi étape par étape : vocabulaire (direction, sens, norme), image d'un point par une translation, égalités de vecteurs et parallélogramme, et un défi de démonstration. Chaque exercice se termine par une rédaction à compléter, avec des exercices aléatoires illimités.

Commencer l'atelier →

C — Relation de Chasles

Propriété — Relation de Chasles

Pour tous points \(A\), \(B\), \(C\) : \(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{BC} = \overrightarrow{AC}\).

ABCABBCAC
\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\) : l'extrémité du premier vecteur est l'origine du second.

Méthode — Simplifier avec Chasles

On enchaîne les points : \(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{BC} + \overrightarrow{CD} = \overrightarrow{AD}\). L'extrémité d'un vecteur doit être l'origine du suivant.

Propriété — Règle du parallélogramme

Si \(ABCD\) est un parallélogramme (de centre \(I\)) : \(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} = \overrightarrow{AC}\).

ABCDABADAC
Si \(ABCD\) est un parallélogramme, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}\) car \(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BC}\).

🔗 Atelier guidé — Relation de Chasles pas à pas

Entraîne-toi étape par étape : enchaîner les vecteurs, réordonner une somme, utiliser les opposés et le vecteur nul, et un défi sur la règle du parallélogramme. Chaque exercice se termine par une rédaction à compléter, avec des exercices aléatoires illimités.

Commencer l'atelier →

Ateliers et animations — Explorer les vecteurs

Seconde · Chapitre 2 · Sans coordonnées

Prévoir, manipuler, puis justifier : les figures aident à chercher, mais la conclusion s’appuie sur une propriété du cours. Chaque animation accompagne un atelier à réaliser seul ou en binôme.

Pour commencer avec davantage de guidage : atelier translation et égalité · atelier relation de Chasles.

Les zones de rédaction constituent un brouillon personnel sur cet appareil. Elles ne sont ni envoyées ni corrigées automatiquement. Les ateliers et leurs corrections restent lisibles sans JavaScript.

Animation 1 + atelier · 15 min · Papier calque, règle, équerre

Faire glisser une figure

Avant de manipuler. Un triangle se déplace par une translation de vecteur \(\overrightarrow{AB}\). Les trois sommets peuvent-ils parcourir des distances différentes ? Écris ta prévision, puis observe.

Chaque sommet parcourt le même déplacement. À l’arrivée, MM′, NN′ et PP′ représentent le vecteur AB.

Atelier 1 — Construire, comparer, expliquer

  1. Trace deux points distincts A et B, puis un triangle MNP. Prévois la position de son image.
  2. Construis M′, N′ et P′ tels que \(\overrightarrow{MM'}=\overrightarrow{NN'}=\overrightarrow{PP'}=\overrightarrow{AB}\). Avec l’équerre, trace les parallèles ; reporte la longueur AB dans le bon sens.
  3. Superpose au calque les triangles MNP et M′N′P′. Compare leurs longueurs et leurs angles. Explique pourquoi le déplacement est une translation.
  4. Échange avec ton voisin : comment détecter un sommet déplacé dans le sens opposé ? Que devient la figure si A et B sont confondus ?
Indice 1 — Quelle construction ?

Par M, trace la parallèle à (AB), puis reporte AB dans le sens de A vers B. Recommence pour N et P.

Indice 2 — Quelles égalités ?

Compare les vecteurs MM′, NN′ et PP′ au vecteur AB. Trois longueurs égales ne suffisent pas : vérifie aussi direction et sens.

Correction expliquée — À consulter après la recherche

Pour chacun des sommets X, la construction donne \(\overrightarrow{XX'}=\overrightarrow{AB}\). Tous les points subissent donc la même translation. Elle conserve les longueurs et les angles : le triangle ne tourne pas et ne se déforme pas. Pour A ≠ B, un sommet déplacé dans le sens opposé ne convient pas, même s’il parcourt la longueur AB. Si A = B, le vecteur est nul : chaque point reste à sa place. Le vecteur nul n’a pas de direction ni de sens définis.

Animation 2 + atelier · 15 min · Règle et papier

Une flèche peut changer de place

Avant de manipuler. Si une flèche glisse sans tourner ni changer de longueur, représente-t-elle encore le même vecteur ? Et si on inverse son sens ?

La position d’une flèche ne détermine pas le vecteur : il faut comparer direction, sens et norme.

Atelier 2 — Le bon ordre des sommets

  1. Trace trois points A, B, C non alignés. Construis D tel que \(\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AB}\).
  2. Écris le nom du parallélogramme en suivant ses côtés. Est-ce ABCD ou ABDC ? Justifie.
  3. Un élève affirme : « AB = CD, donc les vecteurs AB et CD sont égaux. » Donne un contre-exemple avec deux flèches de même longueur.
  4. Défi : dans un parallélogramme EFGH non aplati, donne un vecteur égal à EF, puis un vecteur opposé à EF. Justifie l’ordre des lettres.
Indice 1 — Suivre le contour

Si les flèches A → B et C → D vont dans le même sens, suis le contour A → B → D → C → A.

Indice 2 — Utiliser la propriété

Dans un parallélogramme EFGH, les vecteurs EF et HG sont égaux. Inverser les lettres d’un vecteur donne son opposé.

Correction expliquée — À consulter après la recherche

Comme \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\) et A, B, C sont non alignés, ABDC est un parallélogramme. L’ordre ABCD croiserait les côtés. La seule égalité des longueurs AB = CD ne suffit pas : deux flèches de même longueur et de sens opposés représentent des vecteurs opposés, et non égaux. Dans EFGH, \(\overrightarrow{EF}=\overrightarrow{HG}\) et \(\overrightarrow{GH}=-\overrightarrow{EF}\). Un autre vecteur opposé est \(\overrightarrow{FE}\).

Animation 3 + atelier · 20 min · Règle, travail en binôme

Composer deux déplacements

Avant de manipuler. Pour aller de A à B, puis de B à C, quel vecteur décrit le déplacement total ? Que se passe-t-il si on revient au point de départ ?

On additionne les déplacements, pas leurs longueurs. Le vecteur total relie le départ à l’arrivée.

Atelier 3 — Un trajet, plusieurs écritures

  1. Simplifie \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}\). Repère le départ, les points intermédiaires et l’arrivée.
  2. Réordonne puis simplifie \(\overrightarrow{CD}+\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\).
  3. Simplifie \(\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{CB}\), puis \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BA}\). Écris d’abord la soustraction comme une addition.
  4. Défi : ABCD est un parallélogramme non aplati. Démontre \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}\) en citant deux propriétés. Compare ce résultat à l’affirmation fausse « AB + AD = AC » sur les longueurs.
Indice 1 — Réordonner et inverser

Dans une somme, tu peux changer l’ordre des termes pour former une chaîne. De plus, \(-\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{BC}\).

Indice 2 — Deux vecteurs de même origine

Dans ABCD, remplace AD par BC avant d’utiliser Chasles. Ne remplace pas une somme de vecteurs par une somme de longueurs.

Correction expliquée — À consulter après la recherche

1. Par Chasles, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AD}\).

2. L’addition est commutative : en réordonnant, on retrouve la même chaîne, donc AD.

3. \(\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\). L’aller-retour donne \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BA}=\overrightarrow{AA}=\vec0\), même si la distance parcourue est 2AB.

4. ABCD est un parallélogramme, donc \(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BC}\). En remplaçant puis en appliquant Chasles, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\). Comme A, B, C ne sont pas alignés, l’inégalité triangulaire est stricte : AC < AB + BC = AB + AD. L’égalité vectorielle ne donne donc pas une égalité des longueurs.

Billet de sortie · 3 minutes

Sans rouvrir les corrections : explique pourquoi deux vecteurs de même norme ne sont pas forcément égaux, puis simplifie \(\overrightarrow{UV}+\overrightarrow{VW}-\overrightarrow{UW}\).

Vérifier après avoir répondu

Il faut aussi vérifier direction et sens. Par Chasles, \(\overrightarrow{UV}+\overrightarrow{VW}=\overrightarrow{UW}\), donc la différence est le vecteur nul.

Les brouillons restent dans ce navigateur. Sur un appareil partagé, efface ton texte après utilisation.

3. Exercices progressifs

Exercice 1 — Relation de Chasles

Simplifier : \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\), \(\overrightarrow{MN}+\overrightarrow{NP}\), \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}\).

Exercice 2 — Parallélogramme

Dans le parallélogramme \(ABCD\), compléter : \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{\phantom{DC}}\), \(\overrightarrow{AD} = \overrightarrow{\phantom{BC}}\).

Exercice 3 — Vrai ou faux

  1. Si deux vecteurs ont la même norme, alors ils sont égaux.
  2. Si \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{CD}\), alors les segments \([AB]\) et \([CD]\) ont la même longueur.
  3. Dans un parallélogramme \(ABCD\), on a toujours \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{CD}\).

4. Fiche de synthèse

À retenir — Vecteur

Un vecteur est défini par une direction, un sens et une norme.

À retenir — Relation de Chasles

\(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{BC} = \overrightarrow{AC}\).

À retenir — Parallélogramme

Dans un parallélogramme \(ABCD\) : \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}\) et \(\overrightarrow{AD} = \overrightarrow{BC}\).

Feuille de 10 exercices — 1 heure

Translation, égalité de vecteurs, relation de Chasles et parallélogrammes. Les 10 QR codes de la feuille imprimée conduisent chacun au corrigé correspondant ci-dessous.

Exercice 1 — Direction, sens et norme

Durée indicative : 3 min

Les points \(A\) et \(B\) sont sur une droite horizontale ; \(A\) est à gauche de \(B\) et \(AB=4\) cm.
  1. Donner la direction, le sens et la norme de \(\overrightarrow{AB}\).
  2. Que change-t-on en passant à \(\overrightarrow{BA}\) ? Que vaut \(\overrightarrow{AA}\) ?

Corrigé détaillé

  1. La direction est celle de la droite horizontale \((AB)\), le sens va de \(A\) vers \(B\), donc de gauche à droite, et la norme vaut \(4\) cm.
  2. \(\overrightarrow{BA}\) a la même direction et la même norme, mais le sens opposé : \(\overrightarrow{BA}=-\overrightarrow{AB}\). Enfin, \(\overrightarrow{AA}=\vec0\), de norme nulle. Le vecteur nul n'a pas de direction ni de sens déterminés.

Exercice 2 — Vrai ou faux ?

Durée indicative : 4 min

Dire si chaque affirmation est vraie ou fausse et justifier brièvement.
  1. Deux vecteurs de même norme sont égaux.
  2. Deux vecteurs non nuls égaux ont même direction et même sens.
  3. Pour \(A\ne B\), les vecteurs \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{BA}\) sont égaux.

Corrigé détaillé

  1. Faux. Pour \(A\ne B\), les vecteurs \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{BA}\) ont même norme, mais des sens opposés.
  2. Vrai. L'égalité impose même direction, même sens et même norme.
  3. Faux. Ils sont opposés : \(\overrightarrow{BA}=-\overrightarrow{AB}\), et ne peuvent être égaux que si \(A=B\).

Exercice 3 — Translater un triangle

Durée indicative : 6 min

Sur le quadrillage, construire \(A'\), \(B'\), \(C'\), images de \(A\), \(B\), \(C\) par la translation de vecteur \(\vec u\). Relier les trois images et écrire trois égalités vectorielles justifiant la construction. ABCu⃗

Corrigé détaillé

La flèche \(\vec u\) indique un déplacement de 3 carreaux vers la droite et 1 carreau vers le haut. On applique ce même déplacement à chaque sommet, puis on relie les images. \[\overrightarrow{AA'}=\overrightarrow{BB'}=\overrightarrow{CC'}=\vec u.\] Les longueurs et les angles sont conservés : les deux triangles sont superposables. ABCA'B'C'u⃗

Exercice 4 — Égalités dans un parallélogramme

Durée indicative : 5 min

\(ABCD\) est un parallélogramme non aplati, de centre \(I\). Faire un croquis, puis compléter avec des vecteurs définis par les points de la figure : \[\text{a) }\overrightarrow{AB}=\ldots\quad\text{b) }\overrightarrow{AD}=\ldots\quad\text{c) }\overrightarrow{IA}=\ldots\quad\text{d) }\overrightarrow{IB}=\ldots\]

Corrigé détaillé

Les côtés opposés, pris dans le même sens, définissent des vecteurs égaux : \[\text{a) }\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\qquad\text{b) }\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BC}.\] Les diagonales se coupent en leur milieu \(I\). Ainsi, les déplacements de \(C\) vers \(I\) puis de \(I\) vers \(A\) sont égaux, et de même sur l'autre diagonale : \[\text{c) }\overrightarrow{IA}=\overrightarrow{CI}\qquad\text{d) }\overrightarrow{IB}=\overrightarrow{DI}.\] Attention au sens des flèches : \(\overrightarrow{IA}\) et \(\overrightarrow{IC}\) sont opposés.

Exercice 5 — Chasles : enchaîner

Durée indicative : 5 min

Simplifier chaque somme en un seul vecteur : \[\text{a) }\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\qquad\text{b) }\overrightarrow{MN}+\overrightarrow{NP}+\overrightarrow{PQ}\] \[\text{c) }\overrightarrow{RS}+\overrightarrow{SR}\qquad\text{d) }\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CA}.\]

Corrigé détaillé

On utilise \(\overrightarrow{XY}+\overrightarrow{YZ}=\overrightarrow{XZ}\) : le point intermédiaire disparaît.
  1. \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\).
  2. \(\overrightarrow{MN}+\overrightarrow{NP}+\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{MP}+\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{MQ}\).
  3. \(\overrightarrow{RS}+\overrightarrow{SR}=\overrightarrow{RR}=\vec0\).
  4. \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CA}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CA}=\overrightarrow{AA}=\vec0\).
Un trajet qui revient à son point de départ représente le vecteur nul.

Exercice 6 — Chasles : réordonner

Durée indicative : 6 min

Simplifier en réordonnant les termes si nécessaire : \[\text{a) }\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{CA}\qquad\qquad\text{b) }\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{AB}\] \[\text{c) }\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{CD}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{DA}.\]

Corrigé détaillé

L'addition des vecteurs est commutative : on peut changer l'ordre des termes pour former une chaîne. \[\text{a) }\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BD}.\] \[\text{b) }\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{MB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{MC}.\] \[\text{c) }\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CD}+\overrightarrow{DA}=\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{DA}=\vec0.\]

Exercice 7 — Construire une somme

Durée indicative : 6 min

Construire sur le quadrillage le point \(D\) tel que \(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}\). Quelle est la nature du quadrilatère \(ABDC\) ? Justifier en utilisant Chasles. ABC

Corrigé détaillé

On construit \(D\) pour que \(\overrightarrow{BD}=\overrightarrow{AC}\) : depuis \(B\), on se déplace de 1 carreau vers la droite et 2 vers le haut. Alors \(ABDC\) est un parallélogramme, et Chasles donne : \[\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}.\] Il faut respecter l'ordre A, B, D, C des sommets. ABCD

Exercice 8 — Trouver le bon ordre des sommets

Durée indicative : 7 min

\(A\), \(B\) et \(C\) ne sont pas alignés. On construit \(D\) tel que \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\).
  1. Faire une figure et nommer un parallélogramme.
  2. L'image de \(A\) par la translation de vecteur \(\overrightarrow{CD}\) est-elle \(B\) ? Justifier.
  3. Donner l'image de \(C\) par la translation de vecteur \(\overrightarrow{AB}\).

Corrigé détaillé

  1. Le quadrilatère ABDC est un parallélogramme : dans cet ordre, les côtés opposés vérifient \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\). Par exemple, placer \(AB\) horizontal vers la droite, puis reporter le même déplacement à partir de \(C\) pour obtenir \(D\).
  2. Oui. L'image \(X\) de \(A\) satisfait \(\overrightarrow{AX}=\overrightarrow{CD}\). Or \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\), donc \(X=B\).
  3. L'image de \(C\) est D, car \(\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AB}\).
L'égalité ne donne pas le parallélogramme \(ABCD\) : pour cet ordre, il faudrait \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\).

Exercice 9 — Prouver une égalité vectorielle

Durée indicative : 8 min

\(ABCD\) est un parallélogramme non aplati.
  1. À l'aide de Chasles, démontrer que \(\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{AB}\).
  2. Remplacer \(\overrightarrow{CB}\) par un vecteur d'origine \(D\), puis en déduire une expression de \(\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{DA}\).
  3. En déduire une expression de \(\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}\).

Corrigé détaillé

  1. La chaîne \(A\to C\to B\) donne directement \(\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{AB}\).
  2. Dans le parallélogramme, \(\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AD}\). En prenant les opposés, \(\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{DA}\). Donc \(\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{DA}=\overrightarrow{AB}\).
  3. On peut écrire \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\), puis soustraire \(\overrightarrow{AB}\) : \[\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AD}.\] On peut aussi réordonner : \(\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{BC}\).

Exercice 10 — Bilan : deux translations

Durée indicative : 10 min

\(A\), \(B\) et \(C\) ne sont pas alignés. On construit \(D\) et \(E\) tels que \[\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AB}\qquad\text{et}\qquad\overrightarrow{BE}=\overrightarrow{AC}.\]
  1. Faire une figure et nommer les parallélogrammes obtenus.
  2. Exprimer \(\overrightarrow{AD}\) puis \(\overrightarrow{AE}\) en fonction de \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AC}\).
  3. Démontrer que \(D=E\). Expliquer ce résultat en termes de déplacements.

Corrigé détaillé

  1. \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\) donne le parallélogramme ABDC. De même, \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{BE}\) donne ACEB, ou, dans l'autre sens de parcours, ABEC.
  2. Par Chasles et par les égalités de l'énoncé : \[\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{AB},\] \[\overrightarrow{AE}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BE}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}.\]
  3. La commutativité donne \(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AE}\). Ces deux vecteurs ont la même origine \(A\), donc la même extrémité : D et E sont confondus. Effectuer le déplacement \(\overrightarrow{AB}\), puis le déplacement \(\overrightarrow{AC}\), mène au même point que les effectuer dans l'ordre inverse.

Représentants et sommes de vecteurs sur quadrillage

10 exercices progressifs pour une heure. Construire les flèches directement sur la feuille. Les QR codes renvoient aux corrigés ci-dessous. Dans les figures corrigées : pointillés verts pour les constructions, rouge pour les résultats. Les positions indiquées dans les explications sont des déplacements en carreaux, sans recours aux coordonnées.

Exercice 1 — Changer de représentant

Durée indicative : 4 min

Construire les points \(C\) et \(D\) tels que \(\overrightarrow{AC}=\vec u\) et \(\overrightarrow{BD}=\vec u\). Tracer les deux représentants. Quelles caractéristiques ont-ils en commun ?

uAB

Corrigé détaillé

\(\vec u\) correspond à 3 carreaux à droite et 1 vers le haut. Depuis \(A\), puis depuis \(B\), reporter ce déplacement : on obtient \(C\), puis \(D\). Les trois flèches ont même direction, même sens et même norme : \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{BD}=\vec u\).

uABCD

Exercice 2 — Reconnaître les mêmes vecteurs

Durée indicative : 4 min

Parmi \(\overrightarrow{AB}\), \(\overrightarrow{CD}\), \(\overrightarrow{EF}\), \(\overrightarrow{GH}\), lesquels sont égaux ? Lesquels sont opposés ? Justifier en comptant les carreaux.

ABCDEFGH

Corrigé détaillé

De \(A\) à \(B\), de \(C\) à \(D\) et de \(E\) à \(F\), on avance de 3 carreaux à droite et 2 vers le haut : \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{EF}\). De \(G\) à \(H\), on avance de 3 à gauche et 2 vers le bas : \(\overrightarrow{GH}=-\overrightarrow{AB}\). Leurs normes sont toutes égales, mais le dernier sens est opposé.

ABCDEFGH

Exercice 3 — Représenter un vecteur et son opposé

Durée indicative : 5 min

Construire \(M\) tel que \(\overrightarrow{CM}=\overrightarrow{AB}\), puis \(N\) tel que \(\overrightarrow{DN}=\overrightarrow{BA}\). Tracer les deux flèches et comparer leurs sens.

ABCD

Corrigé détaillé

Le déplacement de \(A\) à \(B\) vaut 3 carreaux à droite et 1 vers le haut : c'est le déplacement à reporter depuis \(C\) pour obtenir \(M\). Pour \(\overrightarrow{BA}\), inverser le déplacement : depuis \(D\), 3 carreaux à gauche et 1 vers le bas donnent \(N\). Ainsi, \(\overrightarrow{DN}=-\overrightarrow{CM}\).

ABCDMN

Exercice 4 — Compléter un parallélogramme

Durée indicative : 5 min

Construire \(D\) tel que \(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{BC}\). Relier \(A,B,C,D\). Nommer un autre représentant de \(\overrightarrow{AB}\) et le tracer.

ABC

Corrigé détaillé

De \(B\) à \(C\), on se déplace de 2 carreaux à droite et 3 vers le haut. Depuis \(A\), le même déplacement donne \(D\). Ainsi, \(ABCD\) est un parallélogramme. Le vecteur \(\overrightarrow{DC}\) est un autre représentant de \(\overrightarrow{AB}\) : dans les deux cas, 4 carreaux à droite et 1 vers le haut.

ABCD

Exercice 5 — Additionner des flèches enchaînées

Durée indicative : 6 min

Tracer en rouge le vecteur \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\). Écrire son nom à l'aide de Chasles. Construire ensuite \(S\) tel que \(\overrightarrow{OS}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\).

ABCO

Corrigé détaillé

Par Chasles, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\). La somme relie directement \(A\) à \(C\) : 6 carreaux à droite et 4 vers le haut. Reporter ce déplacement depuis \(O\) donne \(S\), avec \(\overrightarrow{OS}=\overrightarrow{AC}\).

ABCOS

Exercice 6 — Mettre les vecteurs bout à bout

Durée indicative : 6 min

Depuis \(O\), tracer un représentant de \(\vec u\), puis de \(\vec v\) à son extrémité. Nommer \(S\) le point d'arrivée. Tracer en rouge \(\overrightarrow{OS}=\vec u+\vec v\).

uvO

Corrigé détaillé

Depuis \(O\), reporter \(\vec u\) : 4 carreaux à droite et 1 vers le haut ; on arrive en \(M\). Depuis \(M\), reporter \(\vec v\) : 1 à gauche et 3 vers le haut ; on arrive en \(S\). Au total, \(S\) est 3 carreaux à droite et 4 vers le haut de \(O\). Par Chasles, \(\overrightarrow{OS}=\overrightarrow{OM}+\overrightarrow{MS}=\vec u+\vec v\).

uvOMS

Exercice 7 — Utiliser le parallélogramme

Durée indicative : 6 min

Construire \(C\) pour que \(OACB\) soit un parallélogramme. Tracer en rouge \(\overrightarrow{OC}\). Justifier que \(\overrightarrow{OC}=\vec u+\vec v\).

uvOAB

Corrigé détaillé

On construit \(C\) à l'intersection de la parallèle à \((OB)\) passant par \(A\) et de la parallèle à \((OA)\) passant par \(B\). Le point \(C\) est 5 carreaux à droite et 4 vers le haut de \(O\). Comme \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{OB}=\vec v\), Chasles donne \(\overrightarrow{OC}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{AC}=\vec u+\vec v\).

uvOABC

Exercice 8 — Deux sommes très différentes

Durée indicative : 7 min

Représenter depuis \(O\) les sommes \(\vec u+\vec v\) puis \(\vec u+\vec u\), dans deux couleurs. Expliquer pourquoi la première somme n'est pas une flèche de longueur double.

uvO

Corrigé détaillé

\(\vec u\) vaut 3 carreaux à droite et 1 vers le haut ; \(\vec v\) vaut 3 à gauche et 1 vers le bas. Ils sont opposés : \(\vec u+\vec v=\vec0\). Depuis \(O\), l'aller puis le retour aboutissent à \(O\), sans flèche non nulle pour la somme. En revanche, \(\vec u+\vec u\) vaut 6 carreaux à droite et 2 vers le haut : son extrémité est \(T\). On additionne des déplacements, pas leurs longueurs.

uvOMT0

Exercice 9 — Additionner trois vecteurs

Durée indicative : 8 min

À partir de \(O\), enchaîner \(\vec u\), \(\vec v\), puis \(\vec w\). Nommer \(S\) l'arrivée et tracer la somme en rouge. Prévoir si l'ordre \(\vec w,\vec u,\vec v\) change l'arrivée, puis vérifier sur la figure.

uvwO

Corrigé détaillé

On effectue successivement : 3 carreaux à droite et 1 vers le haut (\(M\)) ; 1 à gauche et 2 vers le haut (\(N\)) ; 2 à droite et 1 vers le bas (\(S\)). Au total : 4 à droite et 2 vers le haut. Dans l'ordre \(\vec w,\vec u,\vec v\), les arrivées intermédiaires sont \(P\), puis \(Q\), puis le même point \(S\). L'addition des vecteurs est commutative et associative.

uvwOMNSPQ

Exercice 10 — Retrouver le vecteur manquant

Durée indicative : 9 min

On cherche \(\vec v\) tel que \(\vec u+\vec v=\overrightarrow{OT}\). Construire \(M\) tel que \(\overrightarrow{OM}=\vec u\). Quel vecteur faut-il tracer ensuite ? Représenter enfin \(\vec v\) d'origine \(B\), d'extrémité \(N\).

uOTB

Corrigé détaillé

Depuis \(O\), reporter \(\vec u\) : 3 carreaux à droite et 1 vers le haut ; on arrive en \(M\). Le vecteur manquant est \(\overrightarrow{MT}\), car \(\overrightarrow{OM}+\overrightarrow{MT}=\overrightarrow{OT}\). De \(M\) à \(T\), il faut 2 carreaux à droite et 2 vers le haut. Reporter ce déplacement depuis \(B\) donne \(N\), avec \(\overrightarrow{BN}=\vec v\).

uvvOTBMN

Compléments : reconnaître des vecteurs dans un pavage

Quatre exercices supplémentaires avec vingt points nommés sur chaque figure. Carrés et triangles équilatéraux permettent de distinguer les vecteurs égaux, les vecteurs opposés et leurs représentants. Durée indicative : 24 min, en complément du parcours initial d'une heure.

Exercice 11 — Pavage carré : plusieurs représentants

Durée indicative : 5 min

Dans ce pavage, tous les petits carrés sont identiques. On pose \(\vec u=\overrightarrow{AB}\) et \(\vec v=\overrightarrow{AF}\).
  1. Donner quatre autres représentants de \(\vec u\), avec des points du pavage, et les tracer.
  2. Tracer les représentants de \(\vec v\) d'origines \(B\), \(H\) et \(M\). Nommer leurs extrémités.
  3. Les flèches de \(A\) vers \(B\) et de \(B\) vers \(A\) représentent-elles le même vecteur ? Justifier.
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Corrigé détaillé

  1. Quatre exemples possibles : \(\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{FG}=\overrightarrow{LM}=\overrightarrow{PQ}=\vec u\). Chaque déplacement correspond à un côté de carré vers la droite. D'autres réponses sont possibles.
  2. \(\vec v\) correspond à un côté de carré vers le bas. Les extrémités sont donc \(G\), \(M\), \(R\) : \(\overrightarrow{BG}=\overrightarrow{HM}=\overrightarrow{MR}=\vec v\).
  3. Non : \(\overrightarrow{BA}=-\overrightarrow{AB}\). Même direction et même norme ne suffisent pas ; les sens sont opposés.
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Exercice 12 — Pavage carré : reconnaître un déplacement

Durée indicative : 6 min

On considère le vecteur \(\overrightarrow{AH}\).
  1. Parmi \(\overrightarrow{BI}\), \(\overrightarrow{FM}\), \(\overrightarrow{GN}\), \(\overrightarrow{IK}\), \(\overrightarrow{LS}\), \(\overrightarrow{HA}\), \(\overrightarrow{FO}\), relever ceux qui sont égaux à \(\overrightarrow{AH}\).
  2. Tracer ses représentants d'origines \(F\), \(K\) et \(H\). Nommer leurs extrémités.
  3. Défi : trouver tous les représentants de \(\overrightarrow{AH}\) dont les extrémités sont nommées sur le pavage.
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Corrigé détaillé

  1. \(\overrightarrow{AH}\) correspond à deux côtés de carré vers la droite et un vers le bas. Dans la liste : \(\overrightarrow{BI}=\overrightarrow{FM}=\overrightarrow{GN}=\overrightarrow{LS}=\overrightarrow{AH}\). \(\overrightarrow{IK}\) part vers la gauche, \(\overrightarrow{HA}\) est opposé et \(\overrightarrow{FO}\) avance de quatre carrés vers la droite.
  2. Les extrémités cherchées sont \(M\), \(R\), \(O\) : \(\overrightarrow{FM}=\overrightarrow{KR}=\overrightarrow{HO}=\overrightarrow{AH}\).
  3. Il y a neuf représentants : \(\overrightarrow{AH},\overrightarrow{BI},\overrightarrow{CJ},\overrightarrow{FM},\overrightarrow{GN},\overrightarrow{HO},\overrightarrow{KR},\overrightarrow{LS},\overrightarrow{MT}\).
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Exercice 13 — Pavage triangulaire : égaux ou opposés ?

Durée indicative : 6 min

Tous les petits triangles du pavage sont équilatéraux et de même côté.
  1. Regrouper les vecteurs égaux parmi \(\overrightarrow{AB}\), \(\overrightarrow{BC}\), \(\overrightarrow{AF}\), \(\overrightarrow{BG}\), \(\overrightarrow{KL}\), \(\overrightarrow{LK}\), \(\overrightarrow{FA}\).
  2. Donner un vecteur de cette liste opposé à \(\overrightarrow{AB}\), puis un vecteur opposé à \(\overrightarrow{AF}\).
  3. Pourquoi \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AF}\) ne sont-ils pas égaux, bien qu'ils aient la même norme ?
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Corrigé détaillé

  1. Premier groupe : \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{KL}\), un côté vers la droite. Deuxième groupe : \(\overrightarrow{AF}=\overrightarrow{BG}\), un côté oblique vers le bas et la gauche. \(\overrightarrow{LK}\) et \(\overrightarrow{FA}\) ne sont égaux à aucun autre vecteur de la liste.
  2. \(\overrightarrow{LK}=-\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{FA}=-\overrightarrow{AF}\).
  3. Leurs directions sont différentes : \((AB)\) est horizontale et \((AF)\) est oblique. La même norme ne suffit donc pas.
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Exercice 14 — Pavage triangulaire : déplacer et additionner

Durée indicative : 7 min

On pose \(\vec u=\overrightarrow{AB}\) et \(\vec v=\overrightarrow{AF}\).
  1. Compléter avec un point du pavage : \(\overrightarrow{H\ldots}=\vec u\) et \(\overrightarrow{M\ldots}=\vec v\).
  2. En reportant \(\vec v\) à partir de \(B\), montrer que \(\vec u+\vec v=\overrightarrow{AG}\).
  3. Compléter : \(\overrightarrow{C\ldots}=\vec u+\vec v\) et \(\overrightarrow{L\ldots}=\vec u+\vec v\). Tracer ces deux représentants.
  4. Donner deux autres représentants de cette somme.
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Corrigé détaillé

  1. Les extrémités sont \(I\) et \(R\) : \(\overrightarrow{HI}=\vec u\) et \(\overrightarrow{MR}=\vec v\).
  2. \(\overrightarrow{BG}=\overrightarrow{AF}=\vec v\). Par Chasles, \(\vec u+\vec v=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BG}=\overrightarrow{AG}\).
  3. Les extrémités sont \(I\) et \(R\) : \(\overrightarrow{CI}=\overrightarrow{LR}=\vec u+\vec v\). Le déplacement est un côté oblique vers le bas et la droite.
  4. Par exemple \(\overrightarrow{BH}\) et \(\overrightarrow{FL}\). D'autres réponses sont possibles : \(\overrightarrow{DJ},\overrightarrow{GM},\overrightarrow{HN},\overrightarrow{IO},\overrightarrow{KQ},\overrightarrow{MS},\overrightarrow{NT}\).
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