Vecteurs et produits de vecteurs


Ce programme permet de visualiser les opérations élémentaires du calcul vectoriel dans un repère triorthonormé Oxyz.
Dans ce texte, les vecteurs sont représentés en gras.
Les vecteurs ont tous comme origine le point O. Les coordonnées de l'extrémité du vecteur Vi sont xi, yi et zi.

Produit scalaire :
C'est le nombre scalaire défini par :

V1.V2 = V1.V2.cos(V1,V2)

Il est nul si les vecteurs sont orthogonaux.
La norme N d'un vecteur est la racine carrée du produit scalaire du vecteur par lui-même.

| V1 |² = x1.x1 + y1.y1 + z1.z1

Produit vectoriel :
C'est le vecteur :
V3 = (V1V2) normal au plan des deux vecteurs V1 et V2 tel que le trièdre V1, V2 et V3 est direct.
La norme de V3 est || V3 || = || V1 || . || V2 || . sin(V1, V2)

Les composantes de V3 sont :
(y1.z2 − y2.z1)
(z1.x2 − x1.z2)
(x1.y2 − x2.y1).

La norme de V3 est l'aire du parallélogramme construit avec les vecteurs V1 et V2.
V3 est nul si les vecteurs sont colinéaires.

Produit mixte :
C'est le nombre scalaire défini par :      pm = (V1,V2,V3) = (V1.(V2 V3))
C'est le volume du parallélépipède construit sur les trois vecteurs.
C'est aussi la valeur du déterminant :

| V1x   V2x    V3x |
| V1y   V2y    V3y | = Δ
| V1z   V2z    V3z |

Le produit mixte est nul si deux vecteurs sont colinéaires.

Double produit vectoriel :
C'est le vecteur :
D = V1 ∧ (V2 ∧ V3) = (V1 . V3) V2 − (V1 . V2) V3.
Le vecteur P = V2 ∧ V3 est normal au plan Π contenant les vecteurs V2 et V3. Donc le vecteur D est contenu dans le plan Π.
D est donc de la forme D = α.V2 + β.V3
Le calcul des coefficients α et β plutôt pénible est ici seulement esquissé.

On montre de même que :
D' = (V1V2) ∧ V3 = (V1 . V3) V2 − (V2 . V3) V1.
En général D et D' sont différents.

Un exemple classique d'utilisation du double produit vectoriel est le calcul du moment d'une force qui résulte d'un produit vectoriel (force de Laplace ...)

On utilise aussi les produits de 4 vecteurs : (uv).( wx) = (u.w)(v.x) − (u.x)(v.w) (scalaire) et:
(uv) ( wx) = (u, v, x)w − (u, v, w)x qui est un vecteur.

Utilisation :

Glisser la souris dans le cadre pour modifier l'angle de vision.
Modifier les composantes des vecteurs avec les zones de texte.
Pour le produit vectoriel, un vecteur égal au tiers du vecteur produit V3 est affiché en vert ainsi que le losange construit sur les deux vecteurs dont on fait le produit.
Pour le double produit vectoriel, un vecteur égal au tiers du vecteur P = V2 ∧ V3 est affiché en indigo ainsi qu'un vecteur égal au neuvième de D est affiché en bleu pale. Vérifier en orientant la figure que D, V2 et V3 sont coplanaires.