Browse Source

Update textbook.fr.md

keep-around/4347e080a308260e12e64a621cc33620fb07d8d6
Claude Meny 5 years ago
parent
commit
4347e080a3
  1. 134
      00.brainstorming-pedagogical-teams/40.collection-existing-pedagogical-content/04.reference-frames-coordinate-systems/coordinates-systems/cartesian/textbook.fr.md

134
00.brainstorming-pedagogical-teams/40.collection-existing-pedagogical-content/04.reference-frames-coordinate-systems/coordinates-systems/cartesian/textbook.fr.md

@ -12,15 +12,22 @@ _Coordonnées cartésiennes N3_
#### Coordonnées cartésiennes
##### Définition des coordonnées et domaines de définition
<!--* *C50* : -->
### Coordonnées cartésiennes
#### Définition des coordonnées et domaines de définition
* *COOSYS-100*
Système de coordonnées cartésiennes :<br>
\- **1 punto $`\mathbf{O}`$** de l'espace, choisi comme **origine** des coordonnées cartésiennes.<br>
\- **3 axes** appelés **$`\mathbf{Ox , Oy , Oz}`$**, se coupant en $`O`$ et **orthogonaux deux à deux**.<br>
\- **1 unité de longueur**.
---------------------
* *COOSYS-110*
Coordonnées cartésiennes : $`( x, y, z)`$
Tout point $`M`$ de l'espace est projeté orthogonalement sur le plan $`xOy`$ conduisant au point $`m_{xy}`$,
@ -28,6 +35,11 @@ et sur l'axe $`Oz`$ conduisant au point $`m_z`$. Le point $`m_{xy}`$ est projet
ou, pour un équivalent d'écriture plus simple, mais moins visuel :<br>
Tout point $`M`$ de l'espace est projeté orthogonalement sur chacun des axes $`Ox , Oy , Oz`$ conduisant respectivement aux points $`m_x`$, $`m_y`$ et $`m_z`$.
---------------------
* *COOSYS-120*
Les **coordonnées cartésiennes $`\mathbf{x_M , y_M , z_M}`$** du point $`M`$ sont les
distances algébriques $`\overline{Om_x}`$, $`\overline{Om_y}`$ et $`\overline{Om_z}`$ mesurées depuis le point origine $`O`$ jusqu'à chacun des points $`m_x`$, $`m_y`$ et $`m_z`$.
@ -37,22 +49,32 @@ Les coordonnées $`x , y , z`$ sont des **longueurs** algébriques, dont l'**uni
**Unidades S.I. / Unités S.I. / S.I. units : $`\mathbf{x(m)\;,\;y(m)\;,\;z(m)}`$**
---------------------
* *COOSYS-130*
Chaque point $`M`$ de l'espace est repéré de façon unique par un et un seul triplet constitué de ses 3 coordonnées cartésiennes. On écrit : $`M=M(x_M,y_M,z_M)`$.
Si le point est un point quelconque, on simplifie :
$`M(x,y,z)`$, **$`\mathbf{M(x,y,z)}`$**
----------------------
* *COOSYS-140*
**Tout l'espace** est couvert par les coordonnées cartésiennes lorsque chacune varie de façon indépendante des autres dans son propre domaine de variation. Leurs domaines de variation sont :
**$`\mathbf{x\in\mathbb{R}}`$ , $`\mathbf{y\in\mathbb{R}}`$ , $`\mathbf{z\in\mathbb{R}}`$**
##### Base vectorielle et repère de l'espace associés
#### Base vectorielle et repère de l'espace associés
__*Longueur du parcours associée à une variation de coordonnée*__
##### Longueur du parcours associée à une variation de coordonnée
<!--* *C59* : -->
---------------------
* *COOSYS-150*
Lorsque seule la coordonnées $`x`$ d'un point $`M(x, y, z)`$ varie de façon
continue entre les valeurs $`y`$ et $`\rho+\Delta \rho`$, le point $`M`$ parcourt un sègment
@ -68,6 +90,10 @@ $`dl_y=dy`$ , **$`\mathbf{dl_y=dy}`$**<br>
$`dl_z=dz`$ , **$`\mathbf{dl_z=dz}`$**
----------------
* *COOSYS-160*
!!!! Attention : Cette propriété que les longueurs élémentaires $`dl_{\alpha}`$ s'identifie à la variation infinitésimale de la coordonnée $`d\alpha`$ correspondante est une propriété des systèmes de coordonnées cartésiennes :
!!!!
!!!! Coordonnées cartésiennes $`\Longrightarrow \quad dl_{\alpha}=d\alpha`$.
@ -79,7 +105,7 @@ $`dl_z=dz`$ , **$`\mathbf{dl_z=dz}`$**
!!!! Il est donc important de *distinguer la distance infinitésimal $`dl_{\alpha}`$* parcourue par un $`M`$ lors d'une variation infinitésimale d'une seule de ses coordonnées $`\alpha`$, *de la variation $`d\alpha`$* de cette même coordonnée.
<!--
* *C60* :
* *COOSYS-60* :
[ES] Característica de los sistemas de coordenadas "cartesianos" : si un punto $`M(x,y,z)`$
hace un desplazamiento infinitesimal hasta el punto $`M'(x+dx,y+dy,z+dz)`$,<br>
@ -96,16 +122,16 @@ the scalar line element $`dl`$ writes simply :
$`dl=\sqrt{dx^2+dy^2+dz^2}`$ , **$`\mathbf{dl=\sqrt{dx^2+dy^2+dz^2}}`$**
-->
__*Vecteur unitaire associé à chaque coordonnée*__
##### Vecteur unitaire associé à chaque coordonnée
<!--* *C75* : -->
* *COOSYS-170*
Lorsque seule la coordonnées $`x`$ d'un point $`M(x,y,z)`$ s'accroît de façon
infinitésimale entre les valeurs $`x`$ et $`x+dx`$ ($`dx>0`$), le vecteur déplacement
$`\overrightarrow{MM'}=\partial\overrightarrow{OM}_x`$ du point $`M`$ est le vecteur
$`\overrightarrow{MM'}=d\overrightarrow{OM}_x`$ du point $`M`$ est le vecteur
tangent à la trajectoire au point $`M`$ qui sc'écrit :
$`\overrightarrow{MM'}=\partial\overrightarrow{OM}_x=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial x}\cdot dx`$
$`\overrightarrow{MM'}=d\overrightarrow{OM}_x=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial x}\cdot dx`$
Le vecteur unitaire tangent à la trajectoire $`\overrightarrow{e_x}`$ (qui indique la direction et le sens
de déplacement du point M lorsque seule la coordonnée x croît de façon infinitésimale) s'écrit :
@ -114,16 +140,17 @@ $`\overrightarrow{e_x}=\dfrac{\partial\overrightarrow{OM}_x}{||\partial\overrigh
de même :
$`\partial\overrightarrow{OM}_y=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial y}\cdot dy`$,
$`d\overrightarrow{OM}_y=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial y}\cdot dy`$,
$`\quad\overrightarrow{e_y}=\dfrac{\partial\overrightarrow{OM}_y}{||\partial\overrightarrow{OM}_y||}`$<br>
$`\partial\overrightarrow{OM}_z=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial z}\cdot dz`$,
$`d\overrightarrow{OM}_z=\dfrac{\partial \overrightarrow{OM}}{\partial z}\cdot dz`$,
$`\quad\overrightarrow{e_z}=\dfrac{\partial\overrightarrow{OM}_z}{||\partial\overrightarrow{OM}_z||}`$
##### Base et repère cartésiens
<!--* *C80* : -->
#### Base et repère cartésiens
Les vecteurs déplacement élémentaire $`\partial\overrightarrow{OM}_x , \partial\overrightarrow{OM}_y , \partial\overrightarrow{OM}_z`$ associés aux trois coordonnées $`x , y, z`$ et définis en un même point $`M`$ de l'espace sont orthogonaux deux à deux <'--, et forment un trièdre direct-->. Il en est donc ainsi de même pour les vecteurs unitaires $`\overrightarrow{e_x}`$, $`\overrightarrow{e_y}`$ y $`\overrightarrow{e_z}`$.
* *COOSYS-180*
Les vecteurs déplacement élémentaire $`d\overrightarrow{OM}_x , d\overrightarrow{OM}_y , d\overrightarrow{OM}_z`$ associés aux trois coordonnées $`x , y, z`$ et définis en un même point $`M`$ de l'espace sont orthogonaux deux à deux <'--, et forment un trièdre direct-->. Il en est donc ainsi de même pour les vecteurs unitaires $`\overrightarrow{e_x}`$, $`\overrightarrow{e_y}`$ y $`\overrightarrow{e_z}`$.
Les vecteurs $`\overrightarrow{e_x}`$, $`\overrightarrow{e_y}`$ y $`\overrightarrow{e_z}`$
forment une **base orthonormée** de l'espace. C'est la base associée aux coordonnées cartésiennes.
@ -136,7 +163,9 @@ $`\overrightarrow{e_x}\perp\overrightarrow{e_y}\quad,\quad\overrightarrow{e_y}\p
$`(\overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$
base orthogonale indépendante de la position de $`M`$
<!--* *C82* : -->
---------------------
* *COOSYS-190*
[FR] Un repère cartésien, noté $`(O, \overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$,
est l'ensemble formé par un point $`O`$ origine des coordonnées et une base vectorielle cartésienne $`(\overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$.
@ -144,13 +173,12 @@ est l'ensemble formé par un point $`O`$ origine des coordonnées et une base v
En coordonnées cartésiennes, tout point $`M`$ de l'espace peut se repérer :<br>
\- soit par ses coordonnées cartésiennes $`(x, y, z)`$ dans le système d'axes cartésien $`(Ox, Oy, Oz)`$.<br>
\- soit par son vecteur position $`\overrightarrow{OM}`$ d'expression
$`\overrightarrow{OM}=x\;\overrightarrow{e_x}+y\;\overrightarrow{e_y}+z\;\overrightarrow{e_z}`$
dans le repère cartésien $`(O, \overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$.<br>
$`\overrightarrow{OM}=x\;\overrightarrow{e_x}+y\;\overrightarrow{e_y}+z\;\overrightarrow{e_z}`$ dans le repère cartésien $`(O, \overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$.<br>
Les composantes d'un vecteur position sont appelées coordonnées, $`x, y, z`$ sont les coordonnées cartésiennes du point $`M`$.
! *Remarque :*
! En coordonnées cartésiennes, et *uniquement en coordonnées cartésiennes*, les composantes du vecteur
position $`\overrightarrow{OM}`$ de tout point $`M`$ sont ses coordonnées cartésiennes.<br>
! Cela n'est pas vraie dans les autre systèmes de coordonnées.
------------------
* *COOSYS-200*
Des grandeurs physiques vectorielles $`G`$ associées à un point $`M`$ autres que sa position $`\overrightarrow{OM}`$ peuvent s'exprimer avec les vecteurs de la base cartésienne $`(\overrightarrow{e_x},\overrightarrow{e_y},\overrightarrow{e_z})`$: <br>
$`\overrightarrow{G}=G_x\;\overrightarrow{e_x}+G_y\;\overrightarrow{e_y}+G_z\;\overrightarrow{e_z}`$.<br>
@ -170,25 +198,25 @@ Le vecteur $`\overrightarrow{OM}`$ en coordonnées cartésiennes s'écrit en fon
#### Déplacement, surface et volume élémentaires
##### Déplacement, surface et volume élémentaires
__*Vecteur déplacement élémentaire*__
##### Vecteur déplacement élémentaire
<!--* *C85* : -->
* *COOSYS-220*
La norme du vecteur $`\partial\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}`$
La norme du vecteur $`d\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}`$
est l'élément de longueur $`dl_x`$, donc le vecteur $`\overrightarrow{e_x}`$ s'écrit :
$`\partial\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}=dl_x\;\overrightarrow{e_x}=dx\;\overrightarrow{e_x}`$
$`d\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}=dl_x\;\overrightarrow{e_x}=dx\;\overrightarrow{e_x}`$
de même :
$`\partial\overrightarrow{OM}_y=\overrightarrow{dl_y}=dl_y\;\overrightarrow{e_y}=dy\;\overrightarrow{e_y}`$<br>
$`\partial\overrightarrow{OM}_z=\overrightarrow{dl_z}=dl_z\;\overrightarrow{e_z}=dz\;\overrightarrow{e_z}`$
$`d\overrightarrow{OM}_y=\overrightarrow{dl_y}=dl_y\;\overrightarrow{e_y}=dy\;\overrightarrow{e_y}`$<br>
$`d\overrightarrow{OM}_z=\overrightarrow{dl_z}=dl_z\;\overrightarrow{e_z}=dz\;\overrightarrow{e_z}`$
--------------------------------
<!--* *C90* : -->
* *COOSYS-230*
L'**élément vectoriel d'arc** ou vecteur déplacement élémentaire $`\overrightarrow{dOM}=\overrightarrow{dl}`$ en
coordonnées cartésiennes est le vecteur déplacement du point $`M(x,y,z)`$ au point
@ -196,7 +224,7 @@ $`M'(x+dx,y+dy,z+dz)`$ quand les coordonnées varient infinitésimalement des qu
$`dx`$, $`dy`$ y $`dz`$, et il s'écrit :
$`\overrightarrow{MM'}=d\overrightarrow{OM}=\overrightarrow{dr}=\overrightarrow{dl}`$
$`=\partial\overrightarrow{OM}_x+\partial\overrightarrow{OM}_y+\partial\overrightarrow{OM}_z`$
$`=d\overrightarrow{OM}_x+d\overrightarrow{OM}_y+d\overrightarrow{OM}_z`$
$`=\overrightarrow{dl_x}+\overrightarrow{dl_y}+\overrightarrow{dl_z}`$
$`=dl_x\;\overrightarrow{e_x}+dl_y\;\overrightarrow{e_y}+dl_z\;\overrightarrow{e_z}`$
$`=dx\;\overrightarrow{e_x}+dy\;\overrightarrow{e_y}+dz\;\overrightarrow{e_z}`$
@ -205,8 +233,9 @@ $`=dx\;\overrightarrow{e_x}+dy\;\overrightarrow{e_y}+dz\;\overrightarrow{e_z}`$
**$`\mathbf{=dl_x\;\overrightarrow{e_x}+dl_y\;\overrightarrow{e_y}+dl_z\;\overrightarrow{e_z}}`$**
**$`\mathbf{=dx\;\overrightarrow{e_x}+dy\;\overrightarrow{e_y}+dz\;\overrightarrow{e_z}}`$**
__*Scalaire déplacement élémentaire*__
##### Scalaire déplacement élémentaire
* *COOSYS-240*
[FR] et sa norme el l'élément de longueur :
@ -225,21 +254,23 @@ $`\left.+(2\,dl_y\,dl_z)\,(\overrightarrow{e_y}\cdot\overrightarrow{e_z})\right]
$`=\sqrt{(dl_x)^2+(dl_y)^2+(dl_z)^2}`$
$`=\sqrt{dx^2+dy^2+dz^2}=dl`$
__*Surfaces élémentaires*__
##### Surfaces élémentaires
<!--* *C95* : -->
* *COOSYS-250*
Les 3 vecteurs $`\partial\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}\quad`$,
$`\quad\partial\overrightarrow{OM}_y=\overrightarrow{dl_y}\quad`$ et
$`\quad\partial\overrightarrow{OM}_z=\overrightarrow{dl_z}`$ sont orthogonaux 2 à 2.
Les 3 vecteurs $`d\overrightarrow{OM}_x=\overrightarrow{dl_x}\quad`$,
$`\quad d\overrightarrow{OM}_y=\overrightarrow{dl_y}\quad`$ et
$`\quad d\overrightarrow{OM}_z=\overrightarrow{dl_z}`$ sont orthogonaux 2 à 2.
$`\Longrightarrow`$ :
L'aire d'un élément de surface construit par 2 de ces vecteurs s'exprimera
simplement comme le produit de leurs normes. Et le volume définit par ces 3 vecteurs
sera simplement le produits de leurs normes.
L'aire d'un élément de surface construit par 2 de ces vecteurs s'exprime
simplement comme le produit de leurs normes. Et le volume défini par ces 3 vecteurs
est simplement le produits de leurs normes.
-------------------
<!--* *C105* : -->
* *COOSYS-260*
Selon la direction choisie, les **éléments scalaires de surface $`dS`$** en coordonnées cartésiennes sont :
@ -250,31 +281,33 @@ $`\quad dS=dS_{xz}=dS_{zx}=dl_x\;dl_z=dx\;dz\quad`$ , **$`\mathbf{dS=dl_x\;dl_z=
\- dans un plan $`x = cst`$ :<br>
$`\quad dS=dS_{yz}=dS_{zy}=dl_y\;dl_z=dy\;dz`$, **$`\mathbf{dS=dl_y\;dl_z=dy\;dz}`$**
<!--* *C110* : -->
--------------------
* *COOSYS-270*
et les **éléments vectoriels de surface $`\overrightarrow{dS}`$** correspondants sont :
$`d\overrightarrow{S_{xy}}=\pm\;\partial\overrightarrow{OM}_x\land\partial\overrightarrow{OM}_y`$
$`d\overrightarrow{S_{xy}}=\pm\;d\overrightarrow{OM}_x\land d\overrightarrow{OM}_y`$
$`=\pm\;\overrightarrow{dl_x}\land\overrightarrow{dl_y}`$
$`=\pm\; (dl_x\;\overrightarrow{e_x})\land(dl_y\;\overrightarrow{e_y})`$
$`=\pm\; dl_x\;dl_y\;(\overrightarrow{e_x}\land\overrightarrow{e_y})`$
$`= \pm \; dx\;dy\;\overrightarrow{e_z}`$
$`d\overrightarrow{S_{xz}}=\pm\;\partial\overrightarrow{OM}_x\land\partial\overrightarrow{OM}_z`$
$`d\overrightarrow{S_{xz}}=\pm\;d\overrightarrow{OM}_x\land d\overrightarrow{OM}_z`$
$`=\pm\;\overrightarrow{dl_x}\land\overrightarrow{dl_z}`$
$`=\pm\; (dl_x\;\overrightarrow{e_x})\land(dl_z\;\overrightarrow{e_z})`$
$`=\pm\; dl_x\;dl_z\;(\overrightarrow{e_x}\land\overrightarrow{e_z})`$
$`=\mp\; dx\;dy\;\overrightarrow{e_z}`$
$`d\overrightarrow{S_{yz}}=\pm\;\partial\overrightarrow{OM}_y\land\partial\overrightarrow{OM}_z`$
$`d\overrightarrow{S_{yz}}=\pm\;d\overrightarrow{OM}_y\land d\overrightarrow{OM}_z`$
$`=\pm\;\overrightarrow{dl_y}\land\overrightarrow{dl_z}`$
$`=\pm\; (dl_y\;\overrightarrow{e_y})\land(dl_z\;\overrightarrow{e_z})`$
$`=\pm\; dl_y\;dl_z\;(\overrightarrow{e_y}\land\overrightarrow{e_z})`$
$`=\pm\; dy\;dz\;\overrightarrow{e_x}`$
__*Volume élémentaire*__
##### Volume élémentaire
<!--* *C130* : -->
* *COOSYS-280*
Élément de volume $`d\large\tau`$ en coordonnées cartésiennes :
@ -283,7 +316,7 @@ $`d\large\tau\normalsize=dx\;dy\;dz`$ , **$`d\large\tau\normalsize=dx\;dy\;dz`$*
#### Vecteur position
<!--* *C125* : -->
* *COOSYS-285*
Vecteur position d'un point $`M(x,y,z)`$ en coordonnées cartésiennes :<br>
[EN] Position vector of a point $`M(x,y,z)`$ in Cartesian coordinates:<br>
@ -294,5 +327,8 @@ $`\overrightarrow{OM}=x\;\overrightarrow{e_x}+y\;\overrightarrow{e_y}+z\;\overri
#### Vecteur vitesse
* *COOSYS-290*
#### Vecteur accélération
* *COOSYS-295*
Loading…
Cancel
Save