Version prof → Mathématiques · Lycée général · 1re · Première

Séquence 7 · Géométrie repérée : vecteur normal, projeté orthogonal, équation de cercle

Comment calculer la distance la plus courte d'un point à une route, ou décrire une zone circulaire par une équation ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée général · Première
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de spécialité de mathématiques de 1re générale publié au BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026. Épreuve anticipée de mathématiques en fin de 1re à partir de la session 2028 (note de service du 11 septembre 2026).
Place dans le programmeProgramme de spécialité de mathématiques de première générale (BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026), partie « Géométrie », section « Géométrie repérée »
Durée totale2 séances + 1 évaluation ≈ 3 h 05
ModalitéEnseignement à distance : classe virtuelle + travail autonome + rendu sur l'ENT

Objectifs et capacités

Objectifs

Capacités travaillées (BO)

Notions et définitions

vecteur normal à une droiteéquation ax + by + c = 0 et vecteur normal (a ; b)projeté orthogonal, distance d'un point à une droiteéquation de cercle (x − a)² + (y − b)² = r²ensemble des points M tels que MA · MB = 0

Repères historiques

Ressources de la séquence

Ancrage dans le programme, notions, repères, débats, bibliographie et différenciation, communs à toutes les séances.

Ancrage dans le programme officiel

Capacité attendue : « Déterminer une équation cartésienne d'une droite connaissant un point et un vecteur normal. »

Cercle : « Déterminer et utiliser l'équation d'un cercle donné par son centre et son rayon. »

Objectif : « enrichir la géométrie repérée de manière à pouvoir traiter des problèmes faisant intervenir l'orthogonalité. »

Compétences : « L'évaluation doit permettre de repérer les acquis des élèves en lien avec les six compétences mathématiques : chercher, modéliser, représenter, raisonner, calculer, communiquer. »

Épreuve anticipée de mathématiques (fin de 1re, note de service du 11 septembre 2026) : écrite, 2 heures, coefficient 2. « Elle entre en vigueur à compter de l'année scolaire 2026-2027, pour les épreuves présentées au titre la session 2028. » « La première partie est notée sur 6 points et la seconde partie est notée sur 14 points. » « L'usage de la calculatrice n'est pas autorisé pour l'ensemble de l'épreuve. » « La maîtrise de la langue est prise en compte à hauteur de deux points sur vingt » (note de service du 11 septembre 2026 (BO) ; épreuve anticipée de mathématiques (éduscol)).

Notions : définitions rigoureuses

Vecteur normal
Vecteur non nul orthogonal à un vecteur directeur de la droite.
Équation et vecteur normal
La droite passant par A et de vecteur normal n(a ; b) a pour équation a(x − x_A) + b(y − y_A) = 0.
Projeté orthogonal
Point H de la droite tel que AH soit normal à la droite ; AH est la distance de A à la droite.
Équation de cercle
(x − a)² + (y − b)² = r² pour le cercle de centre Ω(a ; b) et de rayon r.
Reconnaître un cercle
On regroupe les termes en x et en y et on fait apparaître des carrés (forme canonique).
Cercle de diamètre AB
Ensemble des points M tels que MA · MB = 0.

Repères

DateÉvénement
VIe siècle av. J.‑C.La tradition attribue à Thalès le théorème de l'angle inscrit dans un demi‑cercle.
vers 200 av. J.‑C.Apollonius étudie cercles et coniques par des méthodes géométriques.
1637Descartes traduit les courbes en équations.
1748Euler systématise l'étude des courbes par leurs équations.

Les historiens en débat

La géométrie analytique de Fermat et Descartes permet de traiter par le calcul des questions d'orthogonalité et de distance que les Grecs résolvaient par des constructions. Le produit scalaire de première fournit l'outil : un vecteur normal suffit pour écrire l'équation d'une droite et calculer une distance. Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Vecteur normal et projeté orthogonal65 minécrire une équation avec un vecteur normal et calculer une distance
Séance 2Équations de cercles65 minécrire, reconnaître et utiliser l'équation d'un cercle
ÉvaluationÉvaluation de fin de séquence (/20)55 minVérifier les acquis : connaissances, capacités, rédaction

Chaque séance dure environ 55 minutes à distance : lancement en classe virtuelle ou par message sur l'ENT, recherche du problème (calculatrice, tableur, GeoGebra ou Python dans le navigateur), mise en commun, cours et trace écrite. Les élèves renvoient la fiche à trous et leur production par l'ENT ou en photo.

Séance 1 · Vecteur normal et projeté orthogonal

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Où raccorder une maison à une route par le chemin le plus court ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Vecteur normal

Dans un repère orthonormé, un vecteur normal à une droite est un vecteur non nul orthogonal à ses vecteurs directeurs. La droite d'équation ax + by + c = 0 a pour vecteur normal n(a ; b) et pour vecteur directeur (−b ; a). La droite passant par A et de vecteur normal n est l'ensemble des points M tels que AM · n = 0, soit a(x − x_A) + b(y − y_A) = 0. Le projeté orthogonal H d'un point A sur une droite d est le point de d tel que AH soit normal à d ; c'est le point de d le plus proche de A (Pythagore) et AH est la distance de A à d. Pour le calculer, on écrit la perpendiculaire à d passant par A, puis on cherche l'intersection.

Document 1 · Le raccordement

Situation-problème.

Une maison est située en A(5 ; 6) et une route rectiligne a pour équation x + 2y − 7 = 0 (unité : km). On veut construire le chemin d'accès le plus court.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Analysez la situation.

  1. Un vecteur normal à la route ?
    ✔ Corrigé :

    n(1 ; 2).

  2. Équation de la perpendiculaire à la route passant par A ?
    ✔ Corrigé :

    Vecteur directeur (1 ; 2), donc normal (2 ; −1) : 2(x − 5) − (y − 6) = 0, soit 2x − y − 4 = 0.

  3. Coordonnées de H ?
    ✔ Corrigé :

    x + 2y = 7 et 2x − y = 4 : x = 3, y = 2.

Critère de réussitePoints
Résultats justes et justifiés6
Total de l'activité6

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez.

  1. Équation de la droite passant par B(−1 ; 3) de vecteur normal (2 ; 5).
    ✔ Corrigé :

    2x + 5y − 13 = 0.

  2. Distance de A à la route.
    ✔ Corrigé :

    AH = √20 ≈ 4,47 km.

  3. Les droites 2x + y = 1 et x − 2y = 3 sont‑elles perpendiculaires ?
    ✔ Corrigé :

    Normaux (2 ; 1) et (1 ; −2), produit scalaire 0 : oui.

Critère de réussitePoints
Méthode et résultats7
Total de l'activité7

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez la note technique du chemin d'accès (8 lignes) : point de raccordement, longueur, justification du « plus court ». Pour bien commencer : Le chemin le plus court aboutit au projeté orthogonal… · Ses coordonnées sont… · Tout autre point de la route est plus loin car…

✔ Corrigé rédigé :

H(3 ; 2) ; AH ≈ 4,47 km ; justification par Pythagore (AM² = AH² + HM²) ; clarté ; unités.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Le vecteur (a ; b) est normal à la droite ax + by + c = 0. Le projeté orthogonal est le point de la droite le plus proche. La droite passant par A de vecteur normal n est l'ensemble des M tels que AM · n = 0.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Chercher6
Activité 2 · S'entraîner7
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Séance 2 · Équations de cercles

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Quelle zone couvre un émetteur ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Cercle et produit scalaire

Le cercle de centre Ω(a ; b) et de rayon r est l'ensemble des points M tels que ΩM = r, soit (x − a)² + (y − b)² = r². Pour reconnaître un cercle à partir de x² + y² − 6x + 4y − 3 = 0, on fait apparaître des carrés : (x − 3)² − 9 + (y + 2)² − 4 − 3 = 0, soit (x − 3)² + (y + 2)² = 16 : centre (3 ; −2), rayon 4. Si le second membre est négatif, l'ensemble est vide ; s'il est nul, c'est un point. Le cercle de diamètre [AB] est l'ensemble des points M tels que MA · MB = 0. Un point est à l'intérieur du disque si (x − a)² + (y − b)² < r².

Document 1 · La zone de couverture

Situation-problème.

Un émetteur radio placé en Ω(2 ; −1) couvre un disque de rayon 5 km. Une ville est en V(6 ; 2), une autre en W(−3 ; 3). Un second émetteur couvre la zone d'équation x² + y² − 8x − 10y + 32 = 0.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Exploitez les équations.

  1. Équation du cercle limite du premier émetteur ?
    ✔ Corrigé :

    (x − 2)² + (y + 1)² = 25.

  2. V et W sont‑ils couverts ?
    ✔ Corrigé :

    V : 16 + 9 = 25, à la limite ; W : 25 + 16 = 41 > 25, non.

  3. Centre et rayon de la zone du second émetteur ?
    ✔ Corrigé :

    (x − 4)² + (y − 5)² = 9 : centre (4 ; 5), rayon 3.

Critère de réussitePoints
Résultats justes et justifiés6
Total de l'activité6

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez.

  1. Équation du cercle de centre (0 ; 3) passant par (4 ; 0).
    ✔ Corrigé :

    Rayon 5 : x² + (y − 3)² = 25.

  2. x² + y² + 2x + 5 = 0 est‑elle une équation de cercle ?
    ✔ Corrigé :

    (x + 1)² + y² = −4 : ensemble vide.

  3. Cercle de diamètre AB avec A(1 ; 1), B(5 ; 3) : centre et rayon.
    ✔ Corrigé :

    Centre (3 ; 2), rayon √5.

Critère de réussitePoints
Méthode et résultats7
Total de l'activité7

Activité 3 · Démontrer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Démontrez que M appartient au cercle de diamètre AB si et seulement si MA · MB = 0, en introduisant le milieu I de AB. Rédigez en 8 lignes. Pour bien commencer : J'écris MA = MI + IA et MB = MI + IB… · Comme IB = −IA, le produit vaut… · Il est nul si et seulement si…

✔ Corrigé rédigé :

MA · MB = (MI + IA) · (MI − IA) = MI² − IA² ; nul ssi MI = IA = AB/2 ; donc M sur le cercle de centre I et de rayon AB/2 ; rédaction rigoureuse.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Le cercle de centre Ω(a ; b) et de rayon r a pour équation (x − a)² + (y − b)² = r². Pour reconnaître un cercle, on fait apparaître des carrés. M est sur le cercle de diamètre AB si MA · MB = 0. Un point est dans le disque si sa distance au centre est inférieure au rayon.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Chercher6
Activité 2 · S'entraîner7
Activité 3 · Démontrer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

Le vecteur de coordonnées (a ; b) est normal à la droite d'équation ax + by + c = 0.

Le projeté orthogonal H de A sur une droite est le point de la droite le plus proche de A.

Le cercle de centre Ω(a ; b) et de rayon r a pour équation (x − a)² + (y − b)² = r².

M appartient au cercle de diamètre AB si et seulement si MA · MB = 0.

La version élève contient la même fiche avec une banque de mots (papier ou ENT).

Évaluation de fin de séquence (/20) · barème et corrigé

Évaluation sur 20 à faire en temps limité sur l'ENT ou sur papier, puis à renvoyer en photo ; le corrigé et le barème servent aussi à l'autoévaluation. En Bac Pro, elle est construite comme une situation de contrôle en cours de formation (problème contextualisé, compétences évaluées) ; en 1re générale, elle prépare à l'épreuve anticipée (automatismes sans calculatrice et exercices) ; en Terminale générale, aux exercices indépendants de l'épreuve de spécialité.

N°QuestionBarèmeCorrigé et critères
1Donnez un vecteur normal et un vecteur directeur de la droite 3x − 2y + 5 = 0, puis l'équation de la droite passant par A(1 ; 2) et de vecteur normal n(4 ; −1).4 ptsNormal (3 ; −2), directeur (2 ; 3) ; 4(x − 1) − (y − 2) = 0, soit 4x − y − 2 = 0. Deux points et deux points.
2Reconnaissez l'ensemble d'équation x² + y² − 6x + 4y − 3 = 0 (centre, rayon). Le point P(6 ; 2) lui appartient‑il ?8 pts(x − 3)² − 9 + (y + 2)² − 4 − 3 = 0, soit (x − 3)² + (y + 2)² = 16 : cercle de centre (3 ; −2), rayon 4. P : 9 + 16 = 25 ≠ 16 : non (il est à l'extérieur). Forme canonique (4 pts), conclusions (4 pts).
3Une antenne est située en A(5 ; 6) ; une route rectiligne a pour équation x + 2y − 7 = 0 (unité : km). Déterminez le point H de la route le plus proche de l'antenne et la distance AH. Rédigez la démarche. Pour bien commencer : *Le point le plus proche est le projeté orthogonal…* · *Je cherche H sur la perpendiculaire…* · *La distance vaut donc…*8 ptsVecteur normal n(1 ; 2) : la perpendiculaire passant par A est paramétrée par (5 + t ; 6 + 2t) ; dans l'équation : 5 + t + 12 + 4t − 7 = 0, t = −2, H(3 ; 2). AH = √(4 + 16) = √20 ≈ 4,47 km. Méthode (4 pts), calculs (3 pts), conclusion (1 pt).
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent