Une droite se décrit par un vecteur directeur (qui la dirige) ou un vecteur normal (qui lui est perpendiculaire) : la droite d'équation ax + by + c = 0 admet n(a ; b) comme vecteur normal. Le cercle de centre Ω(a ; b) et de rayon r a pour équation (x − a)² + (y − b)² = r². Ces outils donnent projetés orthogonaux, tangentes et intersections.
III Géométrie · Chapitre 08 / 10
Géométrie repérée
Vecteurs, équations de droites et de cercles.
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L'essentiel en 30 secondes
Munis d'un repère, points et vecteurs deviennent des couples de nombres, et les objets géométriques (droites, cercles) se décrivent par des équations. La géométrie se fait alors « au calcul ».
Le produit scalaire (chapitre précédent) fournit une façon très efficace d'obtenir l'équation d'une droite à partir d'un point et d'un vecteur normal.
Une droite de vecteur directeur a une équation de la forme . On détermine en injectant les coordonnées d'un point connu de la droite.
Le cercle de centre et de rayon a pour équation . Une équation développée du type se ramène à cette forme en complétant les carrés.
On compare leurs vecteurs directeurs : les droites sont parallèles si ces vecteurs sont colinéaires, c'est-à-dire si le déterminant est nul.
Vecteurs et droites
Vecteur normal et cercle
Pièges à éviter
Exercices corrigés sur la géométrie repérée
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4 problèmes de synthèse · 2 devoirs surveillés · 8 exercices notés · 40 points cumulés · 1 h 30 chacun
Problème 1 — Vecteurs, milieu et droite
FacileDans un repère orthonormé, on considère les points , et .
Partie A — Vecteurs et milieu
1.
Déterminer les coordonnées de et .
2.
Déterminer les coordonnées du milieu de .
Partie B — Alignement et droite
3.
Les points , , sont-ils alignés ?
4.
Déterminer l'équation réduite de la droite .
Problème 2 — Projeté orthogonal et cercle tangent
IntermédiaireDans un repère orthonormé, on considère le point et la droite . On note le projeté orthogonal de sur .
Partie A — Déterminer le projeté
1.
Donner un vecteur normal à , puis déterminer une équation cartésienne de la droite perpendiculaire à passant par .
2.
Résoudre le système formé par les équations de et de afin de calculer les coordonnées de .
3.
Vérifier directement les deux propriétés qui caractérisent le projeté orthogonal.
Partie B — Distance et tangence
4.
Calculer la distance de à .
5.
Donner une équation du cercle de centre tangent à , puis justifier que est le point de tangence.
Problème 3 — Cercle circonscrit à un triangle
DifficileDans un repère orthonormé, on considère le triangle de sommets , et .
Partie A — Médiatrices
1.
Déterminer une équation de la médiatrice de .
2.
Déterminer une équation de la médiatrice de .
Partie B — Le cercle
3.
En déduire les coordonnées du centre du cercle circonscrit.
4.
Déterminer le rayon et l'équation du cercle circonscrit, puis vérifier qu'il passe par .
Problème 4 — Étude complète d'un cercle
AvancéDans un repère orthonormé, on considère le cercle d'équation .
Partie A — Centre et rayon
1.
Montrer que a pour centre et pour rayon .
2.
Le point appartient-il à ?
Partie B — Intersections et tangentes
3.
Déterminer les points d'intersection de avec la droite .
4.
Déterminer les équations des tangentes à parallèles à l'axe des abscisses.
Devoir surveillé
Devoir surveillé 1 — Droites, projections et cercles
Consignes
- Les exercices sont indépendants et peuvent être traités dans l’ordre choisi.
- Toute réponse doit être justifiée ; les étapes de calcul utiles doivent apparaître.
- Les valeurs exactes sont attendues, sauf lorsqu’une valeur approchée est explicitement demandée.
- La calculatrice est autorisée uniquement pour les valeurs approchées explicitement demandées.
- La qualité de la rédaction et l’emploi correct des notations mathématiques sont pris en compte.
Exercice 1 — Vecteurs normaux et équations de droites
FacileDans un repère orthonormé, on considère la droite
1. Donner un vecteur normal et un vecteur directeur de .
2. Vérifier que appartient à .
3. Déterminer une équation de la droite parallèle à et passant par .
4. Déterminer une équation de la droite perpendiculaire à et passant par .Exercice 2 — Projeté orthogonal d’un point
IntermédiaireDans un repère orthonormé, on considère
On note le projeté orthogonal de sur .
1. Donner un vecteur normal à .
2. Déterminer une équation de la droite passant par et perpendiculaire à .
3. Calculer les coordonnées de .
4. En déduire la distance du point à la droite .Exercice 3 — Reconnaître un cercle et étudier une corde
DifficileOn considère l’ensemble d’équation
1. Mettre cette équation sous la forme .
2. En déduire le centre et le rayon de .
3. Vérifier que les points et appartiennent à .
4. Déterminer une équation de la médiatrice de et vérifier qu’elle contient le centre de .Exercice 4 — Cercle de diamètre donné
AvancéDans un repère orthonormé, on donne et .
1. Déterminer les coordonnées du milieu de et la longueur .
2. Donner une équation du cercle de diamètre .
3. Déterminer une équation de la médiatrice de .
4. Le point appartient-il à ?
5. Si oui, quelle propriété géométrique du triangle peut-on en déduire ?
Devoir surveillé
Devoir surveillé 2 — Géométrie repérée de synthèse
Consignes
- Les exercices sont indépendants et peuvent être traités dans l’ordre choisi.
- Toute réponse doit être justifiée ; les étapes de calcul utiles doivent apparaître.
- Les valeurs exactes sont attendues, sauf lorsqu’une valeur approchée est explicitement demandée.
- La calculatrice est autorisée uniquement pour les valeurs approchées explicitement demandées.
- La qualité de la rédaction et l’emploi correct des notations mathématiques sont pris en compte.
Exercice 1 — Questions rapides de géométrie repérée
FacileRépondre en justifiant brièvement.
1. Donner un vecteur normal à la droite .
2. Déterminer une équation de la droite passant par et de vecteur normal .
3. Donner le centre et le rayon du cercle .
4. Le point appartient-il à ce cercle ?
5. Les droites et sont-elles perpendiculaires ?Exercice 2 — Trajet minimal vers une route
IntermédiaireSur une carte munie d’un repère orthonormé, une route rectiligne est modélisée par
Un poste de secours est situé en . On note le point de la route le plus proche de .
1. Expliquer pourquoi est le projeté orthogonal de sur .
2. Déterminer une équation cartésienne de la droite .
3. Déterminer les coordonnées de .
4. Calculer la distance minimale .Exercice 3 — Cercle, diamètre et médiatrice
DifficileOn considère le cercle d’équation
1. Déterminer son centre et son rayon.
2. Vérifier que appartient à .
3. Déterminer les coordonnées du point diamétralement opposé à .
4. Vérifier que appartient à .
5. Déterminer une équation de la médiatrice de et vérifier que lui appartient.Exercice 4 — Cercle circonscrit à un triangle
AvancéDans un repère orthonormé, on considère
1. Déterminer une équation de la médiatrice de .
2. Déterminer une équation de la médiatrice de .
3. En déduire le centre du cercle circonscrit au triangle , puis son rayon.
4. Donner une équation de ce cercle.
5. Déterminer les coordonnées du point symétrique de par rapport à , puis vérifier que appartient au cercle.