
24 exercices classés par difficulté (★ facile, ★★ moyen, ★★★ difficile). Cherche d’abord sans regarder le corrigé !
1 Vecteurs égaux dans un cube ★★★
ABCDEFGH est un cube. Pour chaque égalité, dis si elle est vraie ou fausse et justifie.
- AB⃗ = GH⃗
- AC⃗ = EG⃗
- BD⃗ = HF⃗
- AF⃗ = DG⃗
- AG⃗ = CE⃗
2 Simplifier des sommes de vecteurs ★★★
ABCDEFGH est un cube. Écris chaque somme à l’aide d’un seul vecteur dont les extrémités sont deux sommets du cube.
- AB⃗ + BC⃗ + CG⃗
- AD⃗ + HG⃗
- AG⃗ − AC⃗
- EF⃗ + FG⃗ + GC⃗
3 Coordonnées dans le repère du cube ★★★
ABCDEFGH est un cube. On munit l’espace du repère (A ; AB⃗, AD⃗, AE⃗).
- Donne les coordonnées des points C, F, G et H.
- Donne les coordonnées du centre O de la face ABCD, du milieu I de [EG], du milieu J de [BF] et du centre Ω du cube (milieu de [AG]).
- Calcule les coordonnées du vecteur IJ⃗.
4 Coordonnées de vecteurs et de points ★★★
Dans un repère de l’espace, on donne A(1 ; 2 ; −1), B(3 ; −1 ; 0) et C(−2 ; 4 ; 5).
- Calcule les coordonnées de AB⃗, AC⃗ et BC⃗.
- Calcule les coordonnées de 2AB⃗ − AC⃗.
- Détermine les coordonnées du milieu M de [BC].
- Détermine les coordonnées du point D tel que ABCD soit un parallélogramme.
5 Colinéarité et alignement ★★★
- Dans un repère, on donne u⃗(2 ; −4 ; 6), v⃗(−1 ; 2 ; −3), w⃗(3 ; 1 ; −2) et t⃗(1 ; −2 ; 3). Quels sont les couples de vecteurs colinéaires ?
- Les points A(1 ; 1 ; 1), B(3 ; 2 ; 0), C(7 ; 4 ; −2) sont-ils alignés ? Et les points A, B et D(5 ; 3 ; 2) ?
6 Représentations paramétriques ★★★
- Donne une représentation paramétrique de la droite (AB) avec A(2 ; −1 ; 3) et B(5 ; 1 ; 0).
- Donne une représentation paramétrique de la droite d passant par C(0 ; 4 ; −2) et de vecteur directeur u⃗(1 ; −3 ; 2).
- Le point P(−1 ; −3 ; 6) appartient-il à (AB) ? Les points M(3 ; −5 ; 2) et N(−2 ; 10 ; −6) appartiennent-ils à d ?
7 Positions relatives dans un cube ★★★
ABCDEFGH est un cube. Précise la position relative des droites et plans suivants (parallèles, sécants, non coplanaires…) et justifie.
- (AB) et (GH)
- (AD) et (FG)
- (AB) et (CG)
- (AC) et (BD)
- (AB) et le plan (EFG)
- (EC) et le plan (ABC)
- les plans (ABF) et (DCG)
- les plans (ACG) et (BDH)
8 Décomposer dans la base du cube ★★★
ABCDEFGH est un cube ; on note u⃗ = AB⃗, v⃗ = AD⃗ et w⃗ = AE⃗. K est le centre de la face EFGH et L le centre de la face BCGF.
Exprime chacun des vecteurs AG⃗, BH⃗, EC⃗, DF⃗ et KL⃗ comme combinaison linéaire de u⃗, v⃗ et w⃗.
9 Milieux et centre d’un tétraèdre ★★★
ABCD est un tétraèdre. I est le milieu de [AB], J celui de [CD] et K celui de [IJ]. M est le milieu de [AC] et N celui de [BD].
- Exprime AI⃗ puis AJ⃗ en fonction de AB⃗, AC⃗ et AD⃗.
- En déduire que AK⃗ = 14(AB⃗ + AC⃗ + AD⃗).
- Exprime de même AM⃗ et AN⃗, puis montre que [IJ] et [MN] ont le même milieu.
10 Quatre points sont-ils coplanaires ? ★★★
Dans un repère de l’espace, on donne A(1 ; 0 ; 2), B(2 ; 1 ; 0), C(0 ; 3 ; 1), D(4 ; −1 ; −1) et E(0 ; 0 ; 0).
- Montre que A, B, C ne sont pas alignés.
- Les points A, B, C, D sont-ils coplanaires ?
- Les points A, B, C, E sont-ils coplanaires ?
11 Droites parallèles ou confondues ? ★★★
Dans un repère de l’espace, on considère les droites
d : x = 2 + t, y = 1 − 2t, z = −1 + t ;
d₁ : x = 5 − 2s, y = −5 + 4s, z = 2 − 2s ;
d₂ : x = 2s, y = −4s, z = 2s (t et s sont des réels).
Étudie la position relative de d et d₁, puis de d et d₂.
12 Droites sécantes : point d’intersection ★★★
Dans un repère de l’espace, on considère les droites
d₁ : x = 1 + t, y = 2 − t, z = 3 + 2t ;
d₂ : x = 1 + 2s, y = 2 − 2s, z = 5 + 2s.
Montre que d₁ et d₂ sont sécantes et donne les coordonnées de leur point d’intersection.
13 Deux plans parallèles dans un cube ★★★
ABCDEFGH est un cube. Démontre que les plans (AFH) et (BDG) sont parallèles.
14 Théorème du toit dans une pyramide ★★★
SABCD est une pyramide de base le parallélogramme ABCD.
- Justifie que les plans (SAB) et (SCD) sont sécants.
- Montre que leur droite d’intersection est parallèle à (AB).
- Que peut-on dire de l’intersection des plans (SAD) et (SBC) ?
15 Un parallélogramme caché dans un tétraèdre ★★★
ABCD est un tétraèdre. I, J, K et L sont les milieux respectifs de [AB], [AC], [BD] et [CD].
- Montre que IJ⃗ = 12BC⃗.
- Montre de même que KL⃗ = 12BC⃗.
- Que peut-on dire du quadrilatère IJLK ? Justifie.
- Montre que la droite (IJ) est parallèle au plan (BCD).
16 Une relation dans la pyramide ★★★
SABCD est une pyramide dont la base ABCD est un parallélogramme de centre O.
- Démontre que SA⃗ + SC⃗ = SB⃗ + SD⃗.
- En déduire que SA⃗ + SC⃗ = 2SO⃗.
17 Intersection avec les plans de coordonnées ★★★
Dans un repère (O ; i⃗, j⃗, k⃗), on donne A(2 ; −1 ; 1) et B(4 ; 1 ; −3). Détermine les coordonnées des points où la droite (AB) coupe le plan (xOy), le plan (yOz) et le plan (xOz).
18 Deux droites non coplanaires ★★★
Dans un repère de l’espace, on considère d : x = t, y = 1 + t, z = 2 − t et d′ : x = 1 + s, y = 2s, z = 1 + s.
Montre que d et d′ sont non coplanaires.
19 Droite et plan : intersection ★★★
Dans un repère de l’espace, on considère le plan 𝒫 passant par A(1 ; 0 ; 0) et dirigé par u⃗(1 ; 1 ; 0) et v⃗(0 ; 1 ; 1), ainsi que les droites d : x = −1 + 3t, y = 5 − 2t, z = 2t et d′ : x = t, y = 2t, z = 2 + t.
- Justifie que u⃗ et v⃗ ne sont pas colinéaires et traduis M(x ; y ; z) ∈ 𝒫 par un système.
- Montre que d coupe 𝒫 en un unique point dont tu donneras les coordonnées.
- Montre que d′ est strictement parallèle à 𝒫.
20 Quatre milieux sont-ils coplanaires ? ★★★
ABCDEFGH est un cube de repère (A ; AB⃗, AD⃗, AE⃗). I, J, K et L sont les milieux respectifs de [BC], [BF], [EF] et [EH].
- Donne les coordonnées de I, J, K, L.
- Montre que IL⃗ = 2IK⃗ − 2IJ⃗.
- En déduire que I, J, K, L sont coplanaires.
- Le sommet D appartient-il au plan (IJK) ?
21 Le centre de gravité d’un tétraèdre ★★★
ABCD est un tétraèdre. A′ est le centre de gravité du triangle BCD, c’est-à-dire le point tel que A′B⃗ + A′C⃗ + A′D⃗ = 0⃗. Le point G est défini par AG⃗ = 14(AB⃗ + AC⃗ + AD⃗).
- Montre que AA′⃗ = 13(AB⃗ + AC⃗ + AD⃗).
- En déduire que G appartient au segment [AA′] et que AG = 34AA′.
- Soit B′ le centre de gravité du triangle ACD. Montre de même que G appartient à [BB′]. Que peut-on en conclure ?
22 Base de l’espace et coordonnées ★★★
Dans un repère de l’espace, on considère les vecteurs u⃗(1 ; 2 ; 0), v⃗(0 ; 1 ; 1), w⃗(1 ; 0 ; 2) et t⃗(3 ; 3 ; 5).
- Montre que (u⃗, v⃗, w⃗) est une base de l’espace.
- Détermine les coordonnées de t⃗ dans cette base.
23 Les diagonales d’un parallélépipède ★★★
ABCDEFGH est un parallélépipède (les faces sont des parallélogrammes) avec AB⃗, AD⃗ et AE⃗ non coplanaires. On note u⃗ = AB⃗, v⃗ = AD⃗, w⃗ = AE⃗.
- Exprime AG⃗, BH⃗, CE⃗ et DF⃗ dans la base (u⃗, v⃗, w⃗).
- Soit M le milieu de [AG]. Montre que M est aussi le milieu de [BH], de [CE] et de [DF].
24 Section d’un cube par un plan ★★★
ABCDEFGH est un cube. I est le milieu de [EF], J le milieu de [FG] et K le milieu de [CG]. On munit l’espace du repère (A ; AB⃗, AD⃗, AE⃗).
- Donne les coordonnées de I, J, K et celles des vecteurs IJ⃗ et IK⃗. Les points I, J, K sont-ils alignés ?
- Soient L le milieu de [CD], M le milieu de [AD] et N le milieu de [AE]. Montre que L, M et N appartiennent au plan (IJK).
- Construis la section du cube par le plan (IJK) et nomme-la.

