Définition
Vecteur
Un vecteur est un objet mathématique ayant une longueur (ou norme), une direction et un sens, représenté géométriquement par une flèche.
Norme d'un vecteur
La norme d'un vecteur est la longueur de ce vecteur, souvent notée ||v||.
Colinéarité
La colinéarité est une notion en mathématiques et en géométrie qui décrit une relation entre des points situés sur une même ligne droite. Autrement dit, plusieurs points sont dits colinéaires s'ils se trouvent sur une seule et même ligne droite dans un espace donné. Cette propriété est souvent utilisée dans le contexte de l'algèbre linéaire, de la géométrie analytique et de la physique pour analyser et résoudre divers problèmes. Par exemple, dans un espace
Vecteur nul
Le vecteur nul est un vecteur dont la norme est égale à 0. Il n'a pas de direction ou de sens.
Représentation des vecteurs
Un vecteur peut être représenté de diverses manières, mais la façon la plus courante au lycée est la représentation géométrique sous forme de flèche. Cette flèche est dirigée du point origine (souvent noté A) vers le point extrémité (noté B), et on note souvent ce vecteur "\( \vec{AB} \)". Dans le plan, on peut aussi représenter un vecteur par ses composantes, c'est-à-dire par un couple de coordonnées (x, y) qui indiquent le déplacement de l'origine du vecteur vers son extrémité.
Opérations sur les vecteurs
### Addition de vecteurs
Pour additionner deux vecteurs, il suffit de placer l'origine du second vecteur sur l'extrémité du premier. Le vecteur résultant est celui qui va de l'origine du premier vecteur à l'extrémité du second. Algébriquement, on additionne les composantes correspondantes des deux vecteurs.
### Soustraction de vecteurs
La soustraction de vecteurs se fait en ajoutant l'opposé du vecteur à soustraire. L'opposé d'un vecteur a la même norme mais un sens opposé. Algébriquement, on soustrait chaque composante du vecteur à soustraire aux composantes du premier vecteur.
### Produit d'un vecteur par un scalaire
Multiplier un vecteur par un scalaire consiste à le mettre à l'échelle. Si le scalaire est positif, le vecteur conserve sa direction mais change de norme; si le scalaire est négatif, le vecteur change de direction.
Propriétés des vecteurs
### Propriétés de base
1. Associativité de l'addition: \( (\vec{u} + \vec{v}) + \vec{w} = \vec{u} + (\vec{v} + \vec{w}) \).
2. Commutativité de l'addition: \( \vec{u} + \vec{v} = \vec{v} + \vec{u} \).
3. Élément neutre: Un vecteur ajouté au vecteur nul \( \vec{0} \) donne le vecteur initial: \( \vec{u} + \vec{0} = \vec{u} \).
4. Élément symétrique: Pour chaque vecteur \( \vec{u} \), il existe un vecteur \(-\vec{u} \) tel que \( \vec{u} + (-\vec{u}) = \vec{0} \).
### Propriétés de la multiplication par un scalaire
1. Distributivité par rapport à l'addition des scalaires: \( (c + d) \vec{u} = c\vec{u} + d\vec{u} \).
2. Distributivité par rapport à l'addition des vecteurs: \( c(\vec{u} + \vec{v}) = c\vec{u} + c\vec{v} \).
3. Associativité de la multiplication par un scalaire: \( c(d\vec{u}) = (cd)\vec{u} \).
4. Élément neutre pour la multiplication: \( 1\vec{u} = \vec{u} \).
Application des vecteurs
### Physique et ingénierie
Les vecteurs sont des outils essentiels en physique pour représenter des quantités telles que la force, la vitesse, et l'accélération, qui ont toutes une direction et une magnitude.
### Informatique
En informatique, les vecteurs sont utilisés pour représenter des données dans la programmation graphique et l'apprentissage automatique.
### Mathématiques
Dans le domaine des mathématiques pures, les vecteurs sont cruciaux pour le calcul matriciel, les transformations géométriques, et l'algèbre linéaire.
A retenir :
Les vecteurs sont des outils puissants qui servent à décrire des déplacements, des forces et d'autres entités ayant une direction et une norme. Leur compréhension repose sur la maîtrise de leurs représentations, opérations et propriétés fondamentales. Les vecteurs jouent un rôle indispensable dans les sciences et trouvent des applications variées, allant de la physique à l'informatique et aux mathématiques avancées. Maîtriser le concept de vecteur est essentiel pour progresser dans ces disciplines.