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Projection dans le plan — Cours et applications corrigées — Tronc Commun Scientifique

PARCOURS MATHS MAROC — PMM
Professeur Hammou Boudraa · Lycée Oum Rabiaâ — M’Rirt · 2026–2027

Projection dans le plan

Cours enrichi du Tronc Commun Scientifique : activités au fil des notions, définitions, propriétés, figures originales et applications corrigées.

TCS · MarocCours complet7 activitésProjection et ThalèsGratuit
Capacités attendues. Construire des projetés parallèles ou orthogonaux ; utiliser Thalès et sa réciproque ; traduire des rapports en égalités vectorielles ; exploiter la conservation du coefficient de colinéarité.

I.Projection sur une droite

1. Projection parallèle

ACTIVITÉ 1 — Construire les images de points

On donne une droite \((d)\) et une direction \((\Delta)\) non parallèle à \((d)\). On construit, pour chaque point \(M\), la parallèle à \((\Delta)\) passant par \(M\) : elle coupe \((d)\) en \(M^{\prime}\).

(d) (Δ) AA′BB′
Projection parallèle : les droites de projection ont la même direction.
  1. Construire les projetés \(A^{\prime}\) et \(B^{\prime}\).
  2. Quelle est l’image d’un point appartenant à \((d)\) ?
  3. Deux points distincts peuvent-ils avoir le même projeté ? Justifier.
DÉFINITION 1 — Projection parallèle

Une projection parallèle sur \((d)\), suivant une direction \((\Delta)\) non parallèle à \((d)\), associe à chaque point \(M\) l’unique point \(M^{\prime}\in(d)\) obtenu en menant par \(M\) une parallèle à \((\Delta)\).

PROPRIÉTÉ 1 — Reconnaître un projeté

Pour \(M\notin(d)\), le point \(M^{\prime}\) est son projeté si et seulement si \(M^{\prime}\in(d)\) et \((MM^{\prime})\parallel(\Delta)\). Si \(M\in(d)\), son projeté est \(M\) lui-même.

Deux points distincts ont le même projeté si et seulement si la droite qui les joint est parallèle à la direction de projection.

À ne pas confondre

Une projection parallèle ne conserve pas en général les longueurs ni les angles. Elle conserve cependant certaines relations vectorielles, étudiées dans la troisième partie.

2. Projection orthogonale

ACTIVITÉ 2 — Tracer les perpendiculaires

Construire les points \(H\) et \(K\), pieds des perpendiculaires issues de \(U\) et \(V\) à \((d)\).

(d)UHVK
Projection orthogonale : les droites de projection sont perpendiculaires à (d).

Que peut-on dire des droites \((UH)\) et \((VK)\) ?

DÉFINITION 2 — Projection orthogonale

La projection orthogonale sur \((d)\) est la projection suivant une direction perpendiculaire à \((d)\). Si \(M\notin(d)\), son projeté orthogonal \(H\) vérifie :

\[H\in(d)\qquad\text{et}\qquad (MH)\perp(d).\]

Un point de \((d)\) est son propre projeté.

APPLICATION 1 — Même pied de perpendiculaire

Question

Les points \(R\) et \(S\) appartiennent à une même perpendiculaire à \((d)\), passant par \(T\in(d)\). Déterminer leurs projetés orthogonaux sur \((d)\).

Lire la correction +Masquer la correction −
Rappel du cours. La droite de projection est perpendiculaire à \((d)\).

Tous les points de la perpendiculaire à \((d)\) passant par \(T\) ont pour projeté orthogonal \(T\), y compris \(T\) lui-même. Les deux projetés sont donc confondus avec \(T\).

\[R^{\prime}=S^{\prime}=T.\]

3. Projection sur un axe

ACTIVITÉ 3 — Lire les abscisses

Sur l’axe \((OI)\), orienté de \(O\) vers \(I\), on construit le projeté orthogonal \(M^{\prime}\) de \(M\). Identifier son abscisse sur la figure, puis placer les points d’abscisses \(-2\) et \(3\).

-3-2-10123MM′OI
Exemple d’axe gradué ; le sens positif est indiqué par la flèche.
DÉFINITION 3 — Abscisse sur un axe

Un axe est une droite orientée, munie d’un point origine \(O\) et d’un point unité \(I\) distinct de \(O\). Tout point \(P\) de cet axe a une unique abscisse \(x\in\mathbb R\) telle que :

\[\overrightarrow{OP}=x\overrightarrow{OI}.\]

Pour obtenir l’abscisse du projeté d’un point du plan, il faut préciser la direction de projection.

Signe et distance

L’abscisse d’un point peut être négative ; une distance est toujours positive. Si l’abscisse de \(P\) vaut \(-2\), alors \(\overrightarrow{OP}=-2\overrightarrow{OI}\), tandis que \(OP=2\,OI\).

II.Théorème de Thalès

1. Sens direct

ACTIVITÉ 4 — Déterminer des longueurs

Dans le triangle \(OAB\), les points \(C\in[OA]\) et \(D\in[OB]\) vérifient \((CD)\parallel(AB)\). On donne \(OA=9\), \(OC=6\), \(OB=12\) et \(AB=15\).

OABCD(CD) ∥ (AB)
Configuration de Thalès : le segment intérieur est parallèle à [AB].
  1. Écrire les rapports de Thalès.
  2. Déterminer les longueurs \(OD\) et \(CD\).
PROPRIÉTÉ 2 — Théorème direct de Thalès

Soient \(O,A,B\) non alignés, \(C\in[OA]\) et \(D\in[OB]\), avec \(C\ne D\). Si \((CD)\parallel(AB)\), alors :

\[\boxed{\frac{OC}{OA}=\frac{OD}{OB}=\frac{CD}{AB}}.\]

APPLICATION 2 — Rapports et distances

Question

Reprendre les données de l’activité 4. Déterminer \(OD\) et \(CD\).

Lire la correction +Masquer la correction −
Rappel du cours. Commencer par le parallélisme ; il autorise l’application du théorème de Thalès.
\[\frac{OC}{OA}=\frac69=\frac23=\frac{OD}{12}=\frac{CD}{15}.\]
\[\boxed{OD=8\qquad\text{et}\qquad CD=10}.\]

2. Réciproque de Thalès

ACTIVITÉ 5 — Reconnaître des parallèles

Dans un triangle \(MNP\), on prend \(U\in[MN]\) et \(V\in[MP]\), avec \(MN=15\), \(MU=6\), \(MP=10\) et \(MV=4\). Comparer les rapports \(\frac{MU}{MN}\) et \(\frac{MV}{MP}\), puis conclure.

PROPRIÉTÉ 3 — Réciproque de Thalès

Soient \(M,N,P\) non alignés, \(U\in[MN]\), \(V\in[MP]\), avec \(U\ne M\), \(U\ne N\), \(V\ne M\) et \(V\ne P\). Si :

\[\boxed{\frac{MU}{MN}=\frac{MV}{MP}},\]

alors \((UV)\parallel(NP)\).

APPLICATION 3 — Vérifier une réciproque

Question

Dans la configuration de l’activité 5, démontrer que \((UV)\parallel(NP)\).

Lire la correction +Masquer la correction −
Rappel du cours. Il faut vérifier les positions des points, puis l’égalité des deux rapports.
\[\frac{MU}{MN}=\frac6{15}=\frac25,\qquad \frac{MV}{MP}=\frac4{10}=\frac25.\]

Comme \(U\in[MN]\) et \(V\in[MP]\), la réciproque de Thalès s’applique.

\[\boxed{(UV)\parallel(NP)}.\]
Rigueur

La seule égalité numérique des rapports ne suffit pas : préciser les droites supports, la position des points et les conditions de la réciproque.

3. Écriture vectorielle de Thalès

ACTIVITÉ 6 — Passer des rapports aux vecteurs

Dans le triangle \(ABC\), les points \(E\in[AB]\) et \(F\in[AC]\) vérifient \((EF)\parallel(BC)\) et \(\frac{AE}{AB}=\frac35\).

  1. Exprimer \(\overrightarrow{AE}\) en fonction de \(\overrightarrow{AB}\).
  2. Exprimer \(\overrightarrow{AF}\) en fonction de \(\overrightarrow{AC}\).
  3. Déduire, avec Chasles, une expression de \(\overrightarrow{EF}\).
PROPRIÉTÉ 4 — Thalès : forme vectorielle

Dans un triangle \(OAB\), soient \(C\in[OA]\) et \(D\in[OB]\), distincts des extrémités. Les propriétés suivantes sont équivalentes :

  1. \((CD)\parallel(AB)\) ;
  2. il existe un réel \(k\) tel que \(0\lt k\lt 1\), \(\overrightarrow{OC}=k\overrightarrow{OA}\) et \(\overrightarrow{OD}=k\overrightarrow{OB}\).

Dans ce cas, on a aussi :

\[\boxed{\overrightarrow{CD}=k\overrightarrow{AB}}.\]
Droites confondues

Si \(k=1\), alors \(C=A\) et \(D=B\) : les deux droites sont confondues. Cette situation est exclue dans l’énoncé précédent.

APPLICATION 4 — La relation vectorielle qui suit Thalès

Question

Dans un triangle \(ABC\), \(E\in[AB]\) et \(F\in[AC]\) avec \(\overrightarrow{AE}=\frac35\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AF}=\frac35\overrightarrow{AC}\). Montrer \((EF)\parallel(BC)\) et exprimer \(\overrightarrow{EF}\).

Lire la correction +Masquer la correction −
Rappel du cours. Le même coefficient appliqué aux deux côtés issus de \(A\) conduit au parallélisme.

Par la réciproque de Thalès, \((EF)\parallel(BC)\). Par Chasles :

\[\begin{aligned}\overrightarrow{EF}&=\overrightarrow{EA}+\overrightarrow{AF}\\&=-\frac35\overrightarrow{AB}+\frac35\overrightarrow{AC}\\&=\frac35\overrightarrow{BC}.\end{aligned}\]
\[\boxed{\overrightarrow{EF}=\frac35\overrightarrow{BC}}.\]

III.Conservation du coefficient de colinéarité

ACTIVITÉ 7 — Projeter des vecteurs colinéaires

Les points \(A,B,C\) ont pour projetés \(A^{\prime},B^{\prime},C^{\prime}\) par une même projection parallèle. On sait que \(\overrightarrow{AC}=\frac32\overrightarrow{AB}\) et que \(A^{\prime}\ne B^{\prime}\).

  1. Comparer les longueurs \(A^{\prime} C^{\prime}\) et \(A^{\prime} B^{\prime}\).
  2. Préciser le sens des vecteurs et écrire la relation vectorielle correspondante.
PROPRIÉTÉ 5 — Conserver un coefficient

Soient \(A,B,C,D\) quatre points du plan et \(A^{\prime},B^{\prime},C^{\prime},D^{\prime}\) leurs images par une même projection parallèle sur une droite. Alors, pour tout \(k\in\mathbb R\),

\[\boxed{\overrightarrow{AB}=k\overrightarrow{CD}\ \Longrightarrow\ \overrightarrow{A^{\prime} B^{\prime}}=k\overrightarrow{C^{\prime} D^{\prime}}.}\]

En particulier, la projection d’un milieu est le milieu des projetés de ses extrémités.

Portée de la propriété

La projection conserve le coefficient vectoriel, pas nécessairement les longueurs. La réciproque de l’implication ci-dessus est fausse en général.

APPLICATION 5 — Projeté du milieu

Question

Soit \(I\) le milieu de \([PQ]\). On projette \(P,Q,I\) en \(P^{\prime},Q^{\prime},I^{\prime}\). Montrer que \(I^{\prime}\) est le milieu de \([P^{\prime} Q^{\prime}]\).

Lire la correction +Masquer la correction −
Rappel du cours. La caractérisation vectorielle du milieu s’exprime avec le coefficient \(\frac12\).
\[\overrightarrow{PI}=\frac12\overrightarrow{PQ}\ \Longrightarrow\ \overrightarrow{P^{\prime} I^{\prime}}=\frac12\overrightarrow{P^{\prime} Q^{\prime}}.\]

Donc \(I^{\prime}\) est le milieu de \([P^{\prime} Q^{\prime}]\), y compris si \(P^{\prime}=Q^{\prime}\).

Application de synthèse guidée

APPLICATION 6 — Une projection et deux constructions

Question

Soit \(RST\) un triangle. On projette le plan sur \((RS)\) suivant la direction \((RT)\) ; \(p\) désigne cette projection.

  1. Déterminer \(p(R)\), \(p(S)\) et \(p(T)\).
  2. Si \(I\) est le milieu de \([ST]\), construire son projeté \(I^{\prime}\).
  3. Si \(J\) vérifie \(\overrightarrow{TJ}=\frac32\overrightarrow{TS}\), exprimer \(\overrightarrow{RJ^{\prime}}\) en fonction de \(\overrightarrow{RS}\).
Lire la correction +Masquer la correction −

Les points \(R,S\) sont sur la droite d’arrivée, et la direction de projection est \((RT)\).

\[p(R)=R,\quad p(S)=S,\quad p(T)=R.\]

Comme \(I\) est le milieu de \([ST]\), son projeté est le milieu de \([SR]\) :

\[\overrightarrow{SI^{\prime}}=\frac12\overrightarrow{SR}.\]

Enfin, la projection conserve le coefficient de colinéarité :

\[\overrightarrow{RJ^{\prime}}=\frac32\overrightarrow{RS}.\]

Le point \(J^{\prime}\) appartient à la demi-droite \([RS)\), au-delà de \(S\).

PMM · Professeur Hammou Boudraa. Bilan : reconnaître la projection, justifier Thalès avant les rapports, contrôler les positions dans la réciproque et conserver les coefficients vectoriels.
Figures spécialement créées pour PMM ; aucune reproduction de page de manuel.

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