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III Géométrie · Chapitre 09 / 11

Droites du plan

Équations de droites, parallélisme, systèmes.

8 min de lecture
6 sections, 8 exemples
40 exercices · 4 problèmes

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L'essentiel en 30 secondes

Toute droite du plan admet une équation cartésienne ax + by + c = 0 et, si elle n'est pas verticale, une équation réduite y = mx + p où m est le coefficient directeur. Deux droites non verticales sont parallèles si et seulement si elles ont le même coefficient directeur ; sinon elles sont sécantes, et leur point d'intersection se trouve en résolvant le système formé par leurs deux équations.

1 I. Équation réduite d'une droite

Au chapitre 5, on a vu que la courbe d'une fonction affine est une droite. On généralise ici : presque toute droite du plan possède une équation qui la décrit exactement, et sur laquelle on peut calculer.

2 II. Déterminer l'équation d'une droite

3 III. Équation cartésienne

4 IV. Positions relatives de deux droites

5 V. Intersection : résoudre un système

Trouver le point d'intersection de deux droites sécantes, c'est chercher le couple (x;y)(x\,;y) qui vérifie les deux équations à la fois : on résout un système de deux équations à deux inconnues.

6 VI. Applications

Questions fréquentes

Comment trouver l'équation réduite d'une droite passant par deux points ?
On calcule d'abord le coefficient directeur m=yByAxBxAm = \dfrac{y_B - y_A}{x_B - x_A}, puis on trouve pp en écrivant que la droite passe par AA : yA=mxA+py_A = m\,x_A + p, donc p=yAmxAp = y_A - m\,x_A. Si xA=xBx_A = x_B, la droite est verticale et a pour équation x=xAx = x_A.
Comment savoir si deux droites sont parallèles ?
Deux droites non verticales sont parallèles si et seulement si elles ont le même coefficient directeur. Ainsi y=2x+1y = 2x + 1 et y=2x5y = 2x - 5 sont parallèles. Si les ordonnées à l'origine diffèrent, elles sont strictement parallèles ; sinon elles sont confondues.
Comment trouver le point d'intersection de deux droites ?
On résout le système formé par les deux équations. Avec deux équations réduites, on égale les expressions de yy : 2x+1=x+72x + 1 = -x + 7 donne x=2x = 2, puis on reporte pour obtenir y=5y = 5. Le point d'intersection est (2;5)(2\,;5) — et il faut que les coefficients directeurs soient différents pour qu'il existe.
Comment vérifier qu'un point appartient à une droite ?
On remplace les coordonnées du point dans l'équation de la droite : si l'égalité est vraie, le point appartient à la droite. Par exemple, A(3;7)A(3\,;7) appartient à la droite y=2x+1y = 2x + 1 car 2×3+1=72 \times 3 + 1 = 7.

Les deux équations

Positions relatives

Systèmes 2×2

Applications

40 exercices disponibles
Exercice 1
Facile
Le point M(4;9)M(4\,;9) appartient-il à la droite y=2x+1y = 2x+1 ?
Exercice 2
Facile
Le point N(3;5)N(3\,;5) appartient-il à la droite y=2x+1y = 2x+1 ?
Exercice 3
Facile
Donner le coefficient directeur et l'ordonnée à l'origine de y=3x+4y = -3x+4.
Exercice 4
Facile
Déterminer le coefficient directeur de la droite passant par A(1;2)A(1\,;2) et B(3;6)B(3\,;6).
Exercice 5
Facile
Déterminer l'équation réduite de la droite passant par A(0;1)A(0\,;1) et B(2;5)B(2\,;5).
Exercice 6
Facile
Quelle est l'équation de la droite verticale passant par le point (3;2)(3\,;-2) ?
Exercice 7
Facile
Les droites y=2x+3y = 2x+3 et y=2x1y = 2x-1 sont-elles parallèles ?
Exercice 8
Facile
Les droites y=2x+3y = 2x+3 et y=x+1y = -x+1 sont-elles sécantes ?
Exercice 9
Facile
Écrire y=3x2y = 3x-2 sous forme d'équation cartésienne.
Exercice 10
Facile
Donner un vecteur directeur de la droite 2x3y+6=02x - 3y + 6 = 0.
Exercice 11
Facile
Résoudre {y=2x+1y=x+7\begin{cases} y = 2x+1 \\ y = -x+7 \end{cases}
Exercice 12
Facile
Mettre 2x3y+6=02x - 3y + 6 = 0 sous forme réduite.
Exercice 13
Facile
La droite y=3y = 3 est-elle horizontale ou verticale ?
Exercice 14
Facile
Combien de solutions a le système {y=2x+1y=2x+5\begin{cases} y = 2x+1 \\ y = 2x+5 \end{cases} ?
Exercice 15
Facile
Déterminer l'ordonnée du point de la droite y=2x+5y = -2x+5 d'abscisse 33.
Exercice 16
Intermédiaire
Déterminer l'équation réduite de la droite passant par A(1;4)A(-1\,;4) et B(2;2)B(2\,;-2).
Exercice 17
Intermédiaire
Résoudre par substitution {x=52y3x+y=5\begin{cases} x = 5 - 2y \\ 3x + y = 5 \end{cases}
Exercice 18
Intermédiaire
Résoudre par combinaison {2x+y=53xy=10\begin{cases} 2x + y = 5 \\ 3x - y = 10 \end{cases}
Exercice 19
Intermédiaire
Résoudre {2x+3y=8xy=1\begin{cases} 2x + 3y = 8 \\ x - y = -1 \end{cases}
Exercice 20
Intermédiaire
Les droites 2x3y+6=02x - 3y + 6 = 0 et x+y1=0x + y - 1 = 0 sont-elles parallèles ou sécantes ?
Exercice 21
Intermédiaire
Déterminer le point d'intersection des droites 2x3y+6=02x-3y+6 = 0 et x+y1=0x+y-1 = 0.
Exercice 22
Intermédiaire
Déterminer l'équation réduite de la droite de vecteur directeur u(26)\vec u\begin{pmatrix} 2 \\ 6 \end{pmatrix} passant par A(1;3)A(1\,;3).
Exercice 23
Intermédiaire
Les droites y=2x+1y = 2x+1 et 2y=4x+22y = 4x+2 sont-elles confondues ?
Exercice 24
Intermédiaire
Résoudre {5x+2y=163x2y=0\begin{cases} 5x + 2y = 16 \\ 3x - 2y = 0 \end{cases}
Exercice 25
Intermédiaire
Déterminer mm pour que les droites y=mx+1y = mx+1 et y=4x3y = 4x-3 soient parallèles.
Exercice 26
Intermédiaire
Une droite passe par A(2;5)A(2\,;5) et B(6;5)B(6\,;5). Quelle est son équation ?
Exercice 27
Intermédiaire
Montrer que les droites y=12x+3y = \tfrac12 x + 3 et x2y+4=0x - 2y + 4 = 0 sont parallèles.
Exercice 28
Intermédiaire
Résoudre {x+y=305x+2y=90\begin{cases} x + y = 30 \\ 5x + 2y = 90 \end{cases}
Exercice 29
Difficile
Déterminer l'équation de la droite passant par A(1;2)A(1\,;2) et parallèle à la droite 2xy+5=02x - y + 5 = 0.
Exercice 30
Difficile
Montrer que les trois droites d1:y=x+1d_1 : y = x+1, d2:y=2x+7d_2 : y = -2x+7 et d3:y=4x5d_3 : y = 4x-5 sont concourantes (passent par un même point).
Exercice 31
Difficile
Déterminer mm pour que les droites mx+2y=3mx + 2y = 3 et 4x+8y=54x + 8y = 5 soient parallèles.
Exercice 32
Difficile
Un client achète 3 croissants et 2 pains au chocolat pour 6,206{,}20 €. Un autre achète 5 croissants et 4 pains au chocolat pour 11,0011{,}00 €. Déterminer le prix de chaque viennoiserie.
Exercice 33
Difficile
Déterminer l'équation de la médiatrice du segment [AB][AB] avec A(0;0)A(0\,;0) et B(4;2)B(4\,;2), en cherchant l'ensemble des points équidistants de AA et BB.
Exercice 34
Difficile
Résoudre {x2+y3=4xy=1\begin{cases} \dfrac{x}{2} + \dfrac{y}{3} = 4 \\ x - y = 1 \end{cases}
Exercice 35
Difficile
Les points A(1;1)A(1\,;1), B(4;7)B(4\,;7) et C(6;11)C(6\,;11) sont-ils alignés ? Répondre en déterminant l'équation de (AB)(AB).
Exercice 36
Avancé
Discuter, selon le réel mm, le nombre de solutions du système {y=2x+3y=mx+1\begin{cases} y = 2x+3 \\ y = mx+1 \end{cases}
Exercice 37
Avancé
Déterminer les réels aa et bb pour que la droite y=ax+by = ax+b passe par A(1;5)A(1\,;5) et B(3;11)B(3\,;11), puis en déduire si C(10;32)C(10\,;32) est sur cette droite.
Exercice 38
Avancé
Résoudre le système {x+2y=43x+6y=5\begin{cases} x + 2y = 4 \\ 3x + 6y = 5 \end{cases} et interpréter géométriquement.
Exercice 39
Avancé
Déterminer mm pour que le système {2x+my=16x+9y=4\begin{cases} 2x + my = 1 \\ 6x + 9y = 4 \end{cases} n'ait aucune solution.
Exercice 40
Avancé
Soit ABCABC le triangle de sommets A(0;0)A(0\,;0), B(6;0)B(6\,;0), C(2;6)C(2\,;6). Déterminer les coordonnées du point d'intersection des médianes issues de AA et de BB.
4 problèmes de synthèse
Problème 1Deux offres, un seuil
Intermédiaire
Deux opérateurs proposent, pour xx Go de données consommées dans le mois :
Offre A : y=2x+20y = 2x + 20 (en euros) ;
Offre B : y=5x+8y = 5x + 8.
1.
Que représentent les nombres 2020 et 88 ? Et les coefficients 22 et 55 ?
Les **ordonnées à l'origine** $20$ et $8$ sont les **parts fixes** (l'abonnement, payé même sans consommation). Les **coefficients directeurs** $2$ et $5$ sont les **prix par Go**. $$\boxed{20 \text{ et } 8 : \text{abonnements} \ ;\quad 2 \text{ et } 5 : \text{prix par Go}}$$
2.
Résoudre le système pour trouver la consommation où les deux offres coûtent le même prix.
On résout $\begin{cases} y = 2x+20 \\ y = 5x+8 \end{cases}$ en égalisant les deux expressions de $y$ : $$2x+20 = 5x+8 \iff 12 = 3x \iff x = 4$$ Le prix commun vaut $2\times4+20 = 28$ €. $$\boxed{\text{À } 4 \text{ Go, les deux offres coûtent } 28 \text{ euros}}$$
3.
Interpréter ce résultat en termes de droites.
Les deux offres sont des fonctions **affines**, donc leurs représentations sont des **droites**. Leurs coefficients directeurs sont différents ($2 \neq 5$) : les droites sont **sécantes**. Le couple $(4\,;28)$ est l'abscisse et l'ordonnée de leur **point d'intersection**. $$\boxed{\text{Les deux droites se coupent au point } (4\,;28)}$$
4.
Quelle offre choisir pour une consommation de 10 Go ?
On calcule chaque prix pour $x = 10$ : $$A : 2\times10+20 = 40 \qquad B : 5\times10+8 = 58$$ Au-delà du seuil de $4$ Go, l'offre A (au prix par Go plus faible) devient plus avantageuse. $$\boxed{\text{L'offre A : } 40 \text{ euros contre } 58}$$
Problème 2Le mélange de fruits
Intermédiaire
Un primeur prépare 3030 kg d'un mélange de deux fruits, l'un à 33 €/kg, l'autre à 66 €/kg. Le mélange doit revenir à 44 €/kg, soit 120120 € au total.
1.
En notant xx et yy les masses (en kg) des deux fruits, écrire le système correspondant.
**Deux conditions :** la masse totale et le coût total. $$\begin{cases} x + y = 30 \\ 3x + 6y = 120 \end{cases}$$ $$\boxed{\begin{cases} x+y = 30 \\ 3x+6y = 120 \end{cases}}$$
2.
Résoudre le système.
De la première : $x = 30-y$. On **substitue** dans la seconde : $$3(30-y) + 6y = 120 \iff 90 + 3y = 120 \iff y = 10$$ Puis $x = 30-10 = 20$. $$\boxed{(20\,;10)}$$
3.
Conclure sur la composition du mélange.
$$\boxed{20 \text{ kg du fruit à } 3 \text{ euros et } 10 \text{ kg du fruit à } 6 \text{ euros}}$$ **Vérification :** $20+10 = 30$ kg, et $3\times20 + 6\times10 = 60+60 = 120$ € ✔
4.
Le primeur veut maintenant un mélange à 5,505{,}50 €/kg (soit 165165 € au total). Est-ce réalisable avec ces deux fruits ?
Le fruit le plus cher coûte $6$ €/kg. Un mélange de deux fruits ne peut pas coûter plus cher que le plus cher des deux : son prix moyen est **compris entre $3$ et $6$ €/kg**. Comme $5{,}50 \in [3\,;6]$, c'est réalisable. Résolvons pour le confirmer : $$\begin{cases} x+y = 30 \\ 3x+6y = 165 \end{cases}$$ $$3(30-y)+6y = 165 \iff 90+3y = 165 \iff y = 25, \quad x = 5$$ $$\boxed{\text{Oui : } 5 \text{ kg à } 3 \text{ euros et } 25 \text{ kg à } 6 \text{ euros}}$$
Problème 3Trois droites d'un triangle
Difficile
Dans un repère, on considère les points A(0;1)A(0\,;1), B(4;3)B(4\,;3) et C(2;5)C(2\,;5).
1.
Déterminer l'équation réduite de la droite (AB)(AB).
**Coefficient directeur :** $a = \dfrac{3-1}{4-0} = \dfrac12$. **Ordonnée à l'origine :** $A$ a pour abscisse $0$, donc $b = 1$. $$\boxed{(AB) : y = \tfrac12 x + 1}$$
2.
Déterminer l'équation de la parallèle à (AB)(AB) passant par CC.
Étant parallèle à $(AB)$, cette droite a le **même coefficient directeur** $\frac12$. On écrit $y = \frac12 x + b$ et on utilise $C(2\,;5)$ : $$5 = \frac12\times2 + b = 1+b \iff b = 4$$ $$\boxed{y = \tfrac12 x + 4}$$
3.
Déterminer l'équation de la droite (BC)(BC), puis son point d'intersection avec l'axe des ordonnées.
**Équation de $(BC)$.** $$a = \frac{5-3}{2-4} = \frac{2}{-2} = -1, \qquad 3 = -1\times4+b \implies b = 7$$ donc $(BC) : y = -x+7$. **Intersection avec l'axe des ordonnées** ($x = 0$) : $$y = -0+7 = 7$$ $$\boxed{(BC) : y = -x+7 \ ;\quad \text{coupe l'axe en } (0\,;7)}$$
4.
La droite (BC)(BC) et la parallèle de la question 2 sont-elles sécantes ? Si oui, où ?
**Positions.** $(BC)$ a pour coefficient directeur $-1$, la parallèle a pour coefficient $\frac12$ : différents, donc **sécantes**. **Intersection.** On résout : $$\frac12 x + 4 = -x + 7$$ On multiplie par $2$ : $x + 8 = -2x + 14$, soit $3x = 6$, donc $x = 2$ et $y = -2+7 = 5$. $$\boxed{\text{Sécantes en } (2\,;5), \text{ c'est-à-dire au point } C}$$ *C'est logique : la parallèle a été construite pour passer par $C$, qui est aussi sur $(BC)$.*
Problème 4Discussion selon un paramètre
Difficile
On considère les deux droites, où mm est un réel :
d1:y=3x1,d2:y=(m+1)x+2.d_1 : y = 3x - 1, \qquad d_2 : y = (m+1)x + 2.
1.
Pour quelle valeur de mm les droites sont-elles parallèles ?
Elles sont parallèles quand elles ont le **même coefficient directeur** : $$m+1 = 3 \iff m = 2$$ $$\boxed{m = 2}$$ *Pour $m=2$ : $d_2 : y = 3x+2$, strictement parallèle à $d_1$ ($-1 \neq 2$).*
2.
Pour m=2m = 2, le système correspondant a-t-il des solutions ?
Pour $m=2$, les droites sont **strictement parallèles** : elles n'ont aucun point commun. Algébriquement, $3x-1 = 3x+2$ donne $-1 = 2$, impossible. $$\boxed{\text{Aucune solution}}$$
3.
Pour m=0m = 0, déterminer le point d'intersection des deux droites.
Pour $m=0$ : $d_2 : y = x+2$. On résout : $$3x-1 = x+2 \iff 2x = 3 \iff x = \frac32$$ Puis $y = \frac32+2 = \frac72$. $$\boxed{\left(\tfrac32\,;\tfrac72\right)}$$
4.
Résumer la position des deux droites selon les valeurs de mm.
Le coefficient directeur de $d_2$ est $m+1$, celui de $d_1$ est $3$. - **$m = 2$** : $m+1 = 3$, coefficients égaux → droites **strictement parallèles** (pas de point commun). - **$m \neq 2$** : coefficients différents → droites **sécantes** (un unique point commun). $$\boxed{m = 2 : \text{parallèles} \ ;\quad m \neq 2 : \text{sécantes}}$$ *Les droites ne sont jamais confondues : leurs ordonnées à l'origine $-1$ et $2$ diffèrent toujours.*