الامتحان الوطني الموحد للبكالوريا - الدورة الإستدراكية 2026

Exercice 1 (3 points):

Dans l'espace rapporté à un repère orthonormé direct (O,i⃗,j⃗,k⃗)(O,\vec{i},\vec{j},\vec{k}), on considère les points A(1,1,1)A(1,1,1), B(2,0,1)B(2,0,1) et C(−2,−2,4)C(-2,-2,4). Soit (P)(P) le plan d'équation x+y−2z+12=0x+y-2z+12=0.

1.a. Montrer que OA→∧OB→=i⃗+j⃗−2k⃗\overrightarrow{OA}\wedge\overrightarrow{OB}=\vec{i}+\vec{j}-2\vec{k}.

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On a : OA→(111)\quad\overrightarrow{OA}\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix} \quad et OB→(201)\quad \overrightarrow{OB}\begin{pmatrix} 2 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}

Donc :

OA→∧OB→=∣1011∣i⃗−∣1211∣j⃗+∣1210∣k⃗=(1−0)i⃗−(1−2)j⃗+(0−2)k⃗=i⃗+j⃗−2k⃗\begin{aligned} \overrightarrow{OA} \wedge \overrightarrow{OB} &= \begin{vmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} \vec{i} - \begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} \vec{j} + \begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 1 & 0 \end{vmatrix} \vec{k} \\ &= (1 - 0)\vec{i} - (1 - 2)\vec{j} + (0 - 2)\vec{k} \\ &= \vec{i} + \vec{j} - 2\vec{k} \end{aligned}

1.b. Déduire que les plans (P)(P) et (OAB)(OAB) sont parallèles.

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On a OA→∧OB→(11−2)\overrightarrow{OA} \wedge \overrightarrow{OB} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix} est un vecteur normal au plan (OAB)(OAB).

De plus, l'équation cartésienne du plan (P)(P) est x+y−2z+12=0x + y - 2z + 12 = 0. Le vecteur n⃗(11−2)\vec{n} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix} est donc un vecteur normal au plan (P)(P).

Puisque OA→∧OB→=n⃗\overrightarrow{OA} \wedge \overrightarrow{OB} = \vec{n}, les deux plans (OAB)(OAB) et (P)(P) partagent le même vecteur normal (ou des vecteurs normaux colinéaires).

Alors (P)∥(OAB)(P) \parallel (OAB).

1.c. Vérifier que: {x=ty=tz=−2t ; (t∈R)\begin{cases}x=t\\ y=t\\ z=-2t\end{cases} ~;~(t\in\mathbb{R}) est une représentation paramétrique de la droite (OC)(OC).

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La droite (OC)(OC) passe par le point O(0,0,0)O(0, 0, 0) et est dirigée par le vecteur OC→(−2−24)\overrightarrow{OC} \begin{pmatrix} -2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}.

On remarque que OC→=−2u⃗\overrightarrow{OC} = -2\vec{u} avec u⃗(11−2)\vec{u} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix}.

Le vecteur u⃗(11−2)\vec{u} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix} est donc également un vecteur directeur de la droite (OC)(OC).

Ainsi, pour tout point M(x,y,z)∈(OC)M(x, y, z) \in (OC), il existe un réel tt tel que OM→=tu⃗\overrightarrow{OM} = t\vec{u}, ce qui se traduit par :

{x=xO+t×1y=yO+t×1z=zO+t×(−2)  ⟹  {x=ty=tz=−2t(t∈R)\begin{cases} x = x_O + t \times 1 \\ y = y_O + t \times 1 \\ z = z_O + t \times (-2) \end{cases} \implies \begin{cases} x = t \\ y = t \\ z = -2t \end{cases} \quad (t \in \mathbb{R})

Cette dernière est bien une représentation paramétrique de la droite (OC)(OC).

1.d. Vérifier que C∈(P)C\in(P) et montrer que la droite (OC)(OC) est orthogonale au plan (P)(P).

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Vérifions que C∈(P)C \in (P) : On a C(−2,−2,4)C(-2, -2, 4) et (P):x+y−2z+12=0(P) : x + y - 2z + 12 = 0.

En remplaçant les coordonnées de CC dans l'équation de (P)(P) :

xC+yC−2zC+12=−2+(−2)−2(4)+12=−4−8+12=0x_C + y_C - 2z_C + 12 = -2 + (-2) - 2(4) + 12 = -4 - 8 + 12 = 0

Donc C∈(P)C \in (P).

Montrons que (OC)⊥(P)(OC) \perp (P) : Le vecteur u⃗(11−2)\vec{u} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix} est un vecteur directeur de la droite (OC)(OC) (d'après 1.c).

Le vecteur n⃗(11−2)\vec{n} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -2 \end{pmatrix} est un vecteur normal au plan (P)(P) (d'après 1.b).

Puisque u⃗=n⃗\vec{u} = \vec{n}, le vecteur directeur de la droite (OC)(OC) est colinéaire (ici égal) au vecteur normal du plan (P)(P).

Alors la droite (OC)(OC) est orthogonale au plan (P)(P).

2. Soit (S)(S) la sphère de centre Ω(a,b,c)\Omega(a,b,c), tangente au plan (P)(P) au point CC et coupée par le plan (OAB)(OAB) suivant un cercle (Γ)(\Gamma) de centre OO et de rayon r=43r=4\sqrt{3}.

2.a. Vérifier que Ω∈(OC)\Omega\in(OC) et déduire que a=ba=b et c=−2ac=-2a.

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•C••(P)(OAB)ΩRO

on a (P)(P) est tangente à (S)(S) en CC donc (ΩC)⊥(P)(\Omega C) \perp (P)

on a d'aprés la question 1.d : (OC)⊥(P)(OC)\perp (P)

donc les droits (ΩC)(\Omega C) et (OC)(OC) sont confondues.

et donc Ω∈(OC)\Omega \in (OC)

Puisque Ω(a,b,c)∈(OC)\Omega(a, b, c) \in (OC), les coordonnées de Ω\Omega vérifient la représentation paramétrique de (OC)(OC) établie en 1.c. Il existe donc un réel tt tel que :

{a=tb=tc=−2t\begin{cases} a = t \\ b = t \\ c = -2t \end{cases}

On en déduit que a=ba = b et c=−2ac = -2a.

2.b. Montrer que OΩ=∣a∣6O\Omega=|a|\sqrt{6}.

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On a O(0,0,0)O(0, 0, 0) et d'après 2.a, Ω(a,a,−2a)\Omega(a, a, -2a).

OΩ=(xΩ−xO)2+(yΩ−yO)2+(zΩ−zO)2=a2+a2+(−2a)2=2a2+4a2=6a2=∣a∣6\begin{aligned} O\Omega &= \sqrt{(x_\Omega - x_O)^2 + (y_\Omega - y_O)^2 + (z_\Omega - z_O)^2} \\ &= \sqrt{a^2 + a^2 + (-2a)^2} \\ &= \sqrt{2a^2 + 4a^2} \\ &= \sqrt{6a^2} \\ &= |a|\sqrt{6} \end{aligned}

Donc OΩ=∣a∣6O\Omega = |a|\sqrt{6}.

2.c. Vérifier que d(Ω,(P))=∣a+2∣6d(\Omega,(P))=|a+2|\sqrt{6}.

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On a Ω(a,a,−2a)\Omega(a, a, -2a) et le plan (P):x+y−2z+12=0(P) : x + y - 2z + 12 = 0.

d(Ω,(P))=∣a+a−2(−2a)+12∣12+12+(−2)2=∣2a+4a+12∣1+1+4=∣6a+12∣6=6∣a+2∣6=6∣a+2∣\begin{aligned} d(\Omega, (P)) &= \frac{|a + a - 2(-2a) + 12|}{\sqrt{1^2 + 1^2 + (-2)^2}} \\ &= \frac{|2a + 4a + 12|}{\sqrt{1 + 1 + 4}} \\ &= \frac{|6a + 12|}{\sqrt{6}} \\ &= \frac{6|a + 2|}{\sqrt{6}} \\ &= \sqrt{6}|a + 2| \end{aligned}

Donc d(Ω,(P))=∣a+2∣6d(\Omega, (P)) = |a+2|\sqrt{6}.

2.d. Montrer que a=1a=1 (Remarquer que ΩC2−ΩO2=48\Omega C^{2}-\Omega O^{2}=48) puis déduire les coordonnées de Ω\Omega et le rayon RR de la sphère (S)(S).

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le plan (OAB)(OAB) coupe la sphère (S)(S) selon un cercle de rayon :

r=R2−d2 avec : d=d(Ω,(OAB))=ΩOr=\sqrt{R^2-d^2} \qquad \text{ avec : }d=d(\Omega,(OAB))=\Omega O

et on a d(Ω,(P))=ΩC=Rd(\Omega , (P))=\Omega C=R et r=43r=4\sqrt3

donc

43=ΩC2−ΩO24\sqrt3=\sqrt{\Omega C^2-\Omega O^2} (43)2=ΩC2−ΩO2(4\sqrt3)^2=\Omega C^2-\Omega O^2 ΩC2−ΩO2=48\Omega C^2-\Omega O^2=48

et on a :

  • ΩC=d(Ω,(P)=∣a+2∣6\Omega C=d(\Omega,(P)=|a+2|\sqrt6
  • ΩO=∣a∣6\Omega O = |a|\sqrt6

donc

(∣a+2∣6)2−(∣a∣6)2=48(|a+2|\sqrt6)^2-(|a|\sqrt6)^2=48 6(a+2)2−6a2=486(a+2)^2-6a^2=48 6(a2+4a+4)−6a2=486(a^2+4a+4)-6a^2=48 6a2+24a+24−6a2=486a^2+24a+24-6a^2=48 24a=48−2424a=48-24 a=1a=1

et on a Ω(a,a,−2a)\Omega(a,a,-2a) donc Ω(1,1,−2)\Omega(1,1,-2)

R=ΩC=d(Ω,(P))=6∣1+2∣=36\begin{aligned} R &= \Omega C = d(\Omega, (P)) \\ &= \sqrt{6}|1 + 2| \\ &= 3\sqrt{6} \end{aligned}

Donc, le centre de la sphère (S)(S) est Ω(1,1,−2)\Omega(1, 1, -2) et son rayon est R=36R = 3\sqrt{6}.