Version prof → Mathématiques · Lycée général · 2de · Seconde

Séquence 8 · Vecteurs : coordonnées, colinéarité et déterminant

Comment prouver que trois points sont alignés ou que deux droites sont parallèles par un simple calcul ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée général · Seconde
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de mathématiques de 2de générale et technologique publié au BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026.
Place dans le programmeProgramme de mathématiques de seconde générale et technologique (BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026), partie « Géométrie », section « Vecteurs et problèmes de géométrie »
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, représentant, vecteur nulsomme de vecteurs, relation de Chaslesproduit d'un vecteur par un réelcoordonnées, norme dans une base orthonorméedéterminant, colinéarité

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 : « Caractériser alignement et parallélisme par la colinéarité de vecteurs. »

Démonstration au programme : « Caractérisations de la colinéarité de deux vecteurs non nuls : nullité du déterminant ; proportionnalité des coordonnées. »

Orientation : « Les problèmes de géométrie sont l'occasion de mettre en avant l'efficacité de l'outil vectoriel. »

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
Objet défini par une direction, un sens et une longueur ; le vecteur AB est associé à la translation qui envoie A sur B.
Relation de Chasles
Pour tous points A, B, C : AB + BC = AC (en vecteurs).
Produit par un réel
k × u a même direction que u, même sens si k > 0, sens contraire si k < 0, et une longueur multipliée par |k|.
Coordonnées et norme
Si u(x ; y) dans une base orthonormée, ‖u‖ = √(x² + y²).
Déterminant
det(u, v) = xy' − yx' pour u(x ; y) et v(x' ; y').
Colinéarité
u et v sont colinéaires si l'un est un multiple de l'autre, ce qui équivaut à det(u, v) = 0.

Repères

DateÉvénement
1586Simon Stevin étudie l'équilibre des forces sur un plan incliné.
1637Descartes relie géométrie et calcul par les coordonnées.
1844Grassmann publie une théorie générale des grandeurs étendues, ancêtre du calcul vectoriel.
1881‑1884Gibbs et Heaviside fixent les notations vectorielles utilisées en physique.

Les historiens en débat

La notion de vecteur est née de la mécanique (composition des forces et des vitesses) avant d'être formalisée au XIXe siècle par Grassmann, Hamilton, puis Gibbs et Heaviside. Le programme souligne que la « méthode des coordonnées » de Descartes et le vecteur relient efficacement géométrie, physique et calcul : un alignement se démontre par un déterminant. Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Vecteurs, somme et coordonnées65 minreprésenter et calculer avec des vecteurs
Séance 2Colinéarité, alignement et parallélisme65 minutiliser le déterminant pour démontrer
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 · Vecteurs, somme et coordonnées

65 min

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

Problématique de la séance

Comment additionner deux déplacements ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Calcul vectoriel

Le vecteur AB représente le déplacement de A vers B ; deux vecteurs sont égaux s'ils ont même direction, même sens et même longueur (ABDC parallélogramme). Relation de Chasles : AB + BC = AC. Pour additionner deux vecteurs de même origine, on construit le parallélogramme. Dans une base orthonormée, si A(x_A ; y_A) et B(x_B ; y_B), alors AB a pour coordonnées (x_B − x_A ; y_B − y_A) et AB = √((x_B − x_A)² + (y_B − y_A)²). Les coordonnées s'additionnent : u(x ; y) + v(x' ; y') = (x + x' ; y + y'), et k u = (kx ; ky). Le milieu de [AB] a pour coordonnées ((x_A + x_B)/2 ; (y_A + y_B)/2).

Document 1 · Le drone de livraison

Situation-problème.

Un drone part d'une base O(0 ; 0) (unités : centaines de mètres). Il effectue le déplacement u(3 ; 1), puis le déplacement v(1 ; 4), puis revient vers un point de dépôt D(2 ; 2).

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 :

Calculez les positions.

  1. Position A après le premier déplacement, B après le second ?
    ✔ Corrigé :

    A(3 ; 1) ; B(4 ; 5).

  2. Coordonnées du vecteur OB ; comparez avec u + v.
    ✔ Corrigé :

    OB(4 ; 5) = u + v (Chasles : OA + AB = OB).

  3. Distance BD en mètres ?
    ✔ Corrigé :

    BD(−2 ; −3), √13 ≈ 3,61 soit environ 361 m.

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

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez.

  1. u(2 ; −1) et v(−3 ; 4) : 2u − v ?
    ✔ Corrigé :

    (4 + 3 ; −2 − 4) = (7 ; −6).

  2. Norme de v ?
    ✔ Corrigé :

    √(9 + 16) = 5.

  3. E(−1 ; 3), F(5 ; −1) : milieu de [EF] ?
    ✔ Corrigé :

    (2 ; 1).

Critère de réussitePoints
Méthode et résultats7
Total de l'activité7

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez le compte rendu de vol du drone (6 à 8 lignes) : positions, déplacement total, distance parcourue et distance à vol d'oiseau entre la base et le point B. Comparez. Pour bien commencer : Le drone part de… puis… · Le déplacement total est le vecteur… · La distance parcourue est plus grande que…

✔ Corrigé rédigé :

Positions A et B ; OB = u + v ; longueurs ‖u‖ = √10, ‖v‖ = √17, total ≈ 7,28 ; OB = √41 ≈ 6,40 ; inégalité triangulaire commentée ; unités.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

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

Relation de Chasles : AB + BC = AC en vecteurs. Les coordonnées du vecteur AB s'obtiennent en faisant extrémité moins origine. Dans une base orthonormée, la norme de u(x ; y) vaut √(x² + y²). Le milieu d'un segment a pour coordonnées la moyenne des coordonnées des extrémités.

Barème récapitulatif des activités notées

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

Séance 2 · Colinéarité, alignement et parallélisme

65 min

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

Problématique de la séance

Trois points sont‑ils alignés ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Le déterminant

Deux vecteurs u et v sont colinéaires si l'un est un multiple de l'autre (v = k u). Dans une base orthonormée, le déterminant de u(x ; y) et v(x' ; y') est det(u, v) = xy' − yx'. Propriété (démontrée) : u et v sont colinéaires si et seulement si det(u, v) = 0, ce qui équivaut, pour des vecteurs à coordonnées non nulles, à la proportionnalité des coordonnées. Applications : A, B, C sont alignés si et seulement si AB et AC sont colinéaires ; (AB) et (CD) sont parallèles si et seulement si AB et CD sont colinéaires. Sans repère, on utilise la relation de Chasles pour exprimer les vecteurs en fonction de deux vecteurs non colinéaires.

Document 1 · Le tracé d'une piste cyclable

Situation-problème.

Sur le plan d'une commune (repère orthonormé, unité 100 m), une piste doit relier A(1 ; 2) à C(7 ; 10) en passant par l'arrêt de bus B(4 ; 6). Une seconde piste relie D(0 ; 5) à E(6 ; 13).

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 :

Calculez.

  1. Coordonnées de AB et AC ?
    ✔ Corrigé :

    AB(3 ; 4) ; AC(6 ; 8).

  2. det(AB, AC) ? Conclusion ?
    ✔ Corrigé :

    3 × 8 − 4 × 6 = 0 : A, B, C alignés.

  3. Les deux pistes sont‑elles parallèles ?
    ✔ Corrigé :

    DE(6 ; 8) = AC : det = 0, parallèles.

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

Activité 2 · Démontrer

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Démontrez dans le cas général.

  1. Si v = k u, montrez que det(u, v) = 0.
    ✔ Corrigé :

    x(ky) − y(kx) = 0.

  2. u(2 ; 3) et v(4 ; 6,1) sont‑ils colinéaires ?
    ✔ Corrigé :

    2 × 6,1 − 3 × 4 = 0,2 ≠ 0 : non.

  3. Trouvez m pour que u(m ; 4) et v(3 ; 6) soient colinéaires.
    ✔ Corrigé :

    6m − 12 = 0, m = 2.

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 destinée au service urbanisme (6 à 8 lignes) : la piste A‑C passe‑t‑elle par l'arrêt B ? Les deux pistes sont‑elles parallèles ? Justifiez par des déterminants. Pour bien commencer : Pour savoir si B est sur la piste, … · Le déterminant vaut…, donc… · En conclusion, …

✔ Corrigé rédigé :

Coordonnées justes ; déterminants nuls ; conclusions alignement et parallélisme ; vocabulaire (colinéaires, déterminant) ; phrase finale adressée au service.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

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

Deux vecteurs sont colinéaires si et seulement si leur déterminant est nul. A, B, C sont alignés si AB et AC sont colinéaires. (AB) et (CD) sont parallèles si AB et CD sont colinéaires. det(u, v) = xy' − yx'.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Chercher6
Activité 2 · Démontrer7
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

Les vecteurs AB et CD sont égaux si ABDC est un parallélogramme.

Relation de Chasles : AB + BC = AC (en vecteurs).

Deux vecteurs sont colinéaires si et seulement si leur déterminant est nul.

Si A(x_A ; y_A) et B(x_B ; y_B), le vecteur AB a pour coordonnées (x_B − x_A ; y_B − y_A).

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
1Dans un repère orthonormé, A(1 ; 2), B(4 ; 6), C(−2 ; 3). Calculez les coordonnées de AB, la longueur AB, les coordonnées du milieu de [BC] et celles de AB + AC (vecteurs).4 ptsAB(3 ; 4) ; AB = √(9 + 16) = 5 ; milieu (1 ; 4,5) ; AC(−3 ; 1) donc AB + AC (0 ; 5). Un point par résultat.
2Avec A(1 ; 2), B(4 ; 6), D(7 ; 10) et E(10 ; 13) : A, B, D sont‑ils alignés ? Les droites (AB) et (DE) sont‑elles parallèles ? Justifiez avec des déterminants.8 ptsAB(3 ; 4), AD(6 ; 8) : det = 3 × 8 − 4 × 6 = 0, alignés. DE(3 ; 3) : det(AB, DE) = 3 × 3 − 4 × 3 = −3 ≠ 0, non parallèles. Chaque conclusion : calcul (2 pts) et phrase (2 pts).
3ABCD est un parallélogramme, I le milieu du segment AB et J le point tel que AJ = (1/3) AC en vecteurs. Démontrez que D, J et I sont alignés en exprimant DI et DJ en fonction de AB et AD. Pour bien commencer : *D'après la relation de Chasles, …* · *On remarque que DJ = k DI avec…* · *Les vecteurs étant colinéaires, …*8 ptsDI = DA + AI = (1/2) AB − AD ; DJ = DA + AJ = −AD + (1/3)(AB + AD) = (1/3) AB − (2/3) AD = (2/3) DI : les vecteurs sont colinéaires et D, J, I alignés. Décompositions par Chasles (4 pts), relation de colinéarité (3 pts), conclusion (1 pt).
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent