Propriétés métriques des droites et plans - Définition

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La droite dans l'espace euclidien

Distance d'un point M à une droite quelconque D de l'espace

Cas où la droite est définie par l'intersection de deux plans

P_1 = u_1x+v_1y+w_1z+h_1 = 0\,
P_2 = u_2x+v_2y+w_2z+h_2 = 0\,

le plan Q\, perpendiculaire à P_1\, appartient au faisceau de plans P_1 + \lambda P_2= 0\,

Q\, sera perpendiculaire à P_1\, pour \lambda = \frac{-(u_1^2 + v_1^2+w_1^2)}{u_1u_2+v_1v_2+w_1w_2}\,

Soit H_1, H_Q, H \, les projections orthogonales du point M\, respectivement sur P_1, Q, D\, , on en déduit MH^2 = MH_1^2 + MH_Q^2\,

On calculera MH_1\, et MH_Q\, comme détaillé au chapitre "Distance algébrique d'un point à un plan" ci dessous.

Cas où la droite est définie par un point M0 et un vecteur \overrightarrow{V} non nul

La distance MH est donnée par

MH = \frac{\|\overrightarrow{MM_0}\wedge \vec V\|} {\|\vec V\|}

Droites orthogonales à un plan

Le plan étant défini par l'équation ux + vy + wz + h = 0, les droites perpendiculaires au plan sont toutes les droites ayant comme vecteur directeur \overrightarrow{N}(u,v,w) . Une droite D passant par le point M0(x0,y0,z0) et perpendiculaire à [P]:ux + vy + wz + h = 0 a pour équations :

\frac{x-x_0}{u}=\frac{y-y_0}{v}=\frac{z-z_0}{w}

dans le cas où aucun des réels, u, v, w, n'est nul.

Si un seul des des réels est nul , par exemple u= 0, le système devient :

x=x_0 \qquad \frac{y-y_0}{v}=\frac{z-z_0}{w}

Si deux réels sont nuls, par exemple u=v=0, le système devient :

x=x_0 \qquad y=y_0

Distance entre deux droites quelconque de l'espace

Soient la droite (D0) passant par M0(x0,y0,z0) et de direction le vecteur \vec V_0(a_0,b_0,c_0) et (D1) la droite passant par M1(x1,y1,z1) et de direction \vec V_1(a_1,b_1,c_1)

Si les vecteurs \vec V_0 et \vec V_1 sont indépendants, le volume du solide construit sur \vec {M_0M_1},\vec V_0, \vec V_1 est égal à | k | . Ce réel se calcule grâce au produit mixte :

k = (\vec {M_0M_1},\vec V_0, \vec V_1)

L'aire de la base du solide est donnée par

\|\vec W\| tel que \vec{W} = \vec{V_0} \wedge \vec{V_1}

La distance entre les deux droites est alors égale à

Si les vecteurs sont colinéaires alors les deux droites sont parallèles et la distance qui les sépare correspond à la distance qui sépare le point M1 de la droite D0

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