Module
Produit vectoriel de l’espace
- Domaine
- Géométrie de l’espace
- Prérequis
- Vecteurs de l’espace
Produit vectoriel
Définition Orientation de l’espace
L’espace est orienté en choisissant une base orthonormale directe \(\vec i,\vec j,\vec k\). La convention physique usuelle stipule qu’une base \(\vec i,\vec j,\vec k\) est dite directe s’il est possible de superposer les vecteurs \(\vec i\), \(\vec j\), \(\vec k\) respectivement au pouce, à l’index et au majeur de la main droite.
Définition Produit vectoriel
Soient \(\vec u\) et \(\vec v\) deux vecteurs de l’espace. On appelle produit vectoriel de \(\vec u\) par \(\vec v\), le vecteur noté \(\vec u\wedge\vec v\) défini par :
Si \(\vec u\) et \(\vec v\) sont colinéaires, \(\vec u\wedge\vec v=\vec0\).
Si \(\vec u\) et \(\vec v\) sont non colinéaires:
La direction du vecteur \(\vec u\wedge\vec v\) est la direction orthogonale à \(\vec u\) et à \(\vec v\).
Le sens du vecteur \(\vec u\wedge\vec v\) est tel que la base \((\vec u,\vec v,\vec u\wedge\vec v)\) soit une base directe.
Propriété Bilinéarité et antisymétrie
Le produit vectoriel est bilinéaire et antisymétrique, c’est-à-dire, on a, pour tous vecteurs \(\vec u\), \(\vec v\) et \(\vec w\) de l’espace, et pour tous réels \(a\) et \(b\) :
Théorème Coordonnées du produit vectoriel
Soit \((\vec i,\vec j,\vec k)\) une base orthonormale directe de l’espace. Soient \(\vec u\) et \(\vec v\) deux vecteurs tels que \(\vec u=x\vec i+y\vec j+z\vec k\) et \(\vec v=x'\vec i+y'\vec j+z'\vec k\). Alors :
Remarques Remarques
Remarque Norme et angle
Si \(\vec u\) et \(\vec v\) sont non colinéaires, on peut s’écrire :
où \(\alpha\) est la mesure de l’angle \(\widehat{BAC}\) avec \(\vec u=\overrightarrow{AB}\), \(\vec v=\overrightarrow{AC}\) et \(\alpha\in[0,\pi]\).
Remarque Lecture
\(\vec u\wedge\vec v\) se lit « \(\vec u\) vectoriel \(\vec v\) »
Remarque Base usuelle
Soit \((\vec i,\vec j,\vec k)\) la base usuelle de l’espace. C’est une base orthonormale directe.
Remarque Base orthonormale directe
Si \(\vec u\) et \(\vec v\) sont orthogonaux et unitaires, alors \((\vec u,\vec v,\vec u\wedge\vec v)\) est une base orthonormale directe.
Figure Base orthonormale directe et produit vectoriel
Figure associée à la quatrième remarque sur le produit vectoriel.