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Exercice corrigé : Tétraèdre : milieux des arêtes opposées

Décomposition dans une baseUnicité des coordonnéesIntersection d'une droite et d'un plan

Soit $ABCD$ un tétraèdre. On note $I$, $J$, $K$, $L$, $P$, $Q$ les milieux respectifs des arêtes $[AB]$, $[CD]$, $[AC]$, $[BD]$, $[AD]$, $[BC]$.

  1. Justifier que $(\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AC}, \overrightarrow{AD})$ est une base de l'espace, puis décomposer $\overrightarrow{AI}$ et $\overrightarrow{AJ}$ dans cette base.
  2. Soit $G$ le milieu de $[IJ]$. Montrer que $\overrightarrow{AG} = \dfrac{1}{4}\left(\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AC} + \overrightarrow{AD}\right)$.
  3. Montrer que les segments $[IJ]$, $[KL]$ et $[PQ]$ ont le même milieu.
  4. a) Soit $M$ un point et $x$, $y$ deux réels tels que $\overrightarrow{BM} = x\overrightarrow{BC} + y\overrightarrow{BD}$. Montrer que $\overrightarrow{AM} = (1 - x - y)\overrightarrow{AB} + x\overrightarrow{AC} + y\overrightarrow{AD}$. b) En déduire que la droite $(AG)$ coupe le plan $(BCD)$ en un unique point $M$, et exprimer $\overrightarrow{AM}$ dans la base. c) Montrer que $\overrightarrow{MB} + \overrightarrow{MC} + \overrightarrow{MD} = \vec{0}$ (ainsi $M$ est le centre de gravité du triangle $BCD$) et exprimer $\overrightarrow{AG}$ en fonction de $\overrightarrow{AM}$.

Le cours associé

Vecteurs, droites et plans de l'espace

Notions à revoir

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