3°) Produit d'un vecteur par un réel.

Nous avons déjà défini ce qu'était l'addition de deux vecteurs. Et tout ce qui en découlait. Mais contrairement aux nombres, on ne peut pas définir de produit d'un vecteur par un autre. Ou plutôt si on peut mais le résultat est alors un nombre : c'est le produit scalaire que certains verront plus tard !
Par contre, on définit le produit d'un réel par un vecteur. Cette opération fait l'objet de ce paragraphe.

 

Produit d'un vecteur par un réel.


Applette illustrant le produit d'un vecteur par un réel.

Mode d'emploi :

Les extrémités du vecteur et l'origine de peuvent être redéfinies ou déplacées. Pour cela, il suffit de cliquer dessus et en laissant enfoncé le bouton de la souris de déplacer le curseur à l'endroit souhaité.


Quelques remarques.

Le produit d'un réel par un vecteur donne un nombre. Comme l'addition des vecteurs et la multiplication des nombres, celles-ci possède des propriétés que nous énoncerons au prochain sous-paragraphe.

Attention à la norme de certains vecteurs ! Rappelons ce que dit la définition :


Autrement dit, la norme du vecteur est égale à la valeur absolue de k multipliée par la norme du vecteur .

Que peut-on dire de k ou de si ?
Le seul vecteur dont la norme est nulle est le vecteur nul ! Ainsi nous pouvons écrire que :


Or la valeur absolue de k et la norme de sont deux nombres. Et quand un produit de deux réels est-il nul ?
Un produit de deux réels est nul si et seulement si l'un des facteurs est nul. Ainsi :

Or le seul réel dont la valeur absolue est nulle est 0. Et le seul vecteur dont la norme est nulle est le vecteur nul. Par suite :

Nous avons là un résultat digne d'être une proposition !

Cette proposition est importante. Elle est donc à retenir !

 

Propriétés du produit d'un vecteur par un réel.

A l'instar de l'addition, le produit d'un vecteur par un réel présente certaines propriétés (plus ou moins évidentes) que nous allons énoncer.

Dans ce qui suit, k et l sont des réels, et sont des vecteurs.

Distributivité de la multiplication d'un vecteur par un réel par rapport à l'addition des nombres.


Le vecteur se "distribue sur" les réels k et l : de un vecteur pour tous, on passe à un vecteur pour chacun.
La distributivité en elle-même n'est pas une nouveauté. En effet, chacun est censé savoir que
(x + 2) × 3 = 3x + 6.

La multiplication des nombres est distributive par rapport à l'addition des réels.
Cette propriété permet de développer des expressions vectorielles (premier cas ci-dessous). Elle permet aussi des les simplifier quand on la lit de la droite vers la gauche (second cas).

Associativité de la multiplication des nombres et du produit d'un vecteur par un réel.


Cette propriété nous permet de dire que la multiplication des nombres et celle d’un vecteur par un réel sont compatibles. Ainsi par exemple, peut-on écrire que :

Distributivité du produit d'un vecteur par un réel par rapport à l'addition des vecteurs.


Une nouvelle forme de distributivité : le réel k se distribue sur les deux vecteurs formant la somme.
Cette propriété qui ne fait intervenir que des opérations sur de vecteurs (en effet la multplication des nombres n'entre pas en ligne de compte), n'en pas sans rappeler une propriété similaire chez les nombres qui est par exemple :

5 × (x + 2) = 5x + 10.

Le facteur 5 se distribue sur les deux termes de la somme que sont x et 2.
Revenons à nos vecteurs. Un exemple d'emploi de cette propriété peut être :

 

L'intérêt des trois propriétés que nous venons de voir est la simplification d'expressions vectorielles. Par exemple, cherchons à simplifier l'expression

Commençons le travail.


La troisième propriété a été appliquée. Continuons nos calculs.

La seconde propriété a été appliquée. On poursuit l'offensive.

La première propriété s'est accomplie. Il ne reste plus qu'à conclure.

Cette expression finale de est nettement plus sympathique que sa forme originale. Au travers de ce calcul, nous avons appliqué nos trois propriétés. Chacune a donc son importance. Et peut-être aurez-vous remarqué que le calcul vectoriel marche exactement comme celui algébrique avec les x.


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