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 1.5. Produit scalaire

Définition intrinsèque

Définition extrinsèque

 

Le produit scalaire est une application de E x E sur R qui fait correspondre au couple . Cette application possède les propriétés suivantes:

la symétrie :

on peut changer l'ordre des facteurs sans changer la valeur du résultat.

la bilinéarité :

distributivité par rapport à l'addition

produit par un scalaire

 le produit scalaire est défini :

le produit scalaire est positif :

Dans l'espace vectoriel Euclidien E, on définit le produit scalairedes deux vecteurs :

- de façon intrinsèque, géométrique, sans référence à un repère,

- de façon extrinsèque, par les composantes des vecteurs sur une base de l'espace E.

 

Définition intrinsèque

On définit une norme associée au produit scalaire à l'aide de la racine carrée du produit scalaire d'un vecteur par lui-même.

On note ou encore

On montre en mathématiques que, pour une origine prise au point O,

Ceci nécessite d'avoir défini :

• la mesure des longueurs

• la mesure de l'angle entre les vecteurs

Remarques:

a) La définition intrinsèque est à relier à la propriété de définition :. En effet :

b) La définition intrinsèque permet de définir l'orthogonalité :

Si les vecteurs et sont non-nuls, ces vecteurs sont orthogonaux.

On introduit ainsi la notion de base orthonormée où tous les vecteurs de base sont orthogonaux 2 à 2 et où la norme de chaque vecteur de base est égale à l'unité.

      

Définition extrinsèque

Elle nécessite d'exprimer les vecteurs et sur une base. Soit une base dans laquelle les vecteurs sont représentés par leurs composantes, soit :

dont les composantes sont (Mx, My , Mz)

  dont les composantes sont (Nx, Ny , Nz).

On peut alors exprimer :

Le produit scalaire s'obtient en utilisant la propriété de bilinéarité, soit en développant le calcul :

Pour terminer le calcul il faut connaître non seulement les composantes mais les produits scalaires qu'on peut faire avec les vecteurs de la base pris deux à deux.

Le cas le plus simple est celui d'une base orthonormée.

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