Compétences et clés de réussite

Cet exercice du Baccalauréat 2023, tiré du sujet 1 d'Amérique du Sud, est un classique de la géométrie dans l'espace. Il mobilise un large éventail de compétences attendues en Terminale, allant de la simple manipulation de coordonnées à des calculs de volumes, en passant par l'étude vectorielle de plans et de droites.

1. Manipulation des coordonnées et Sphère

La première partie de l'exercice demande de vérifier l'appartenance d'un point à une sphère et de démontrer la nature d'un triangle. Pour réussir, le candidat doit maîtriser la formule de la distance dans un repère orthonormé pour valider l'équation de la sphère définie par son centre et son rayon. Ensuite, pour prouver qu'un triangle est rectangle, l'outil privilégié reste le produit scalaire. Calculer les coordonnées des vecteurs et vérifier leur orthogonalité est une méthode standard et efficace.

2. Équations de plans et vecteurs normaux

Le cœur de l'exercice repose sur la caractérisation d'un plan. L'élève doit savoir démontrer qu'un vecteur donné est normal à un plan, généralement en vérifiant son orthogonalité avec deux vecteurs directeurs non colinéaires du plan (ici, formés par les points A, B et C). Une fois le vecteur normal validé, l'écriture de l'équation cartésienne du plan $(ax + by + cz + d = 0)$ devient un automatisme, la constante $d$ étant déterminée grâce aux coordonnées d'un point appartenant au plan.

3. Droites, intersections et distances

La troisième partie introduit des concepts plus dynamiques : l'intersection d'une sphère avec les axes du repère et l'étude d'une droite perpendiculaire à un plan. Les points clés ici sont :

• La détermination de coordonnées de points d'intersection (nécessitant souvent la résolution d'équations simples).
• La mise en place d'une représentation paramétrique de droite, en utilisant un point de passage et un vecteur directeur (qui est ici le vecteur normal du plan précédemment étudié).
• Le calcul de la distance d'un point à un plan, compétence essentielle pour aborder la question du volume.

4. Calcul de volume

L'exercice se clôture sur le calcul du volume d'un tétraèdre. C'est une question de synthèse qui demande de relier les résultats précédents : l'aire de la base (le triangle rectangle étudié au début) et la hauteur (la distance point-plan calculée juste avant). Une attention particulière doit être portée à la rigueur des calculs et aux unités.

En résumé, cet exercice numéro 3 du sujet 1 d'Amérique du Sud 2023 est un excellent entraînement pour réviser l'intégralité du chapitre de géométrie dans l'espace, exigeant rigueur dans les notations vectorielles et précision dans les calculs algébriques.