\subsection{} \subsubsection*{Calculons $\vec{T}(t) = \frac{\vec{r'}(t)}{||\vec{r'}(t)||}$} Nous commençons par calculer la dérivée du vecteur position $\vec{r}(t)$ soit \[\vec{r'}(t) = ((3t^2)', (6t)', (t^3)')\] \begin{itemize} \item \((3t^2)' = 6t\) \item \((6t)' = 6\) \item \((t^3)' = 3t^2\) \end{itemize} \[\boxed{\vec{r'}(t) = (6t, 6, 3t^2)}\] Nous allons maintenant calculer la norme de la dérivée du vecteur positition $\vec{r}(t)$ soit\\ \begin{math} ||\vec{r'}(t)|| = \sqrt{(6t)^2+6^2+(3t^2)^2}\\ \Leftrightarrow \sqrt{36t^2 + 36 + 9t^4}\\ \Leftrightarrow \sqrt{9t^4 + 36t^2 + 36} \end{math} Nous avons donc:\\ \begin{math} \vec{T}(t) = \frac{(6t, 6, 3t^2)}{\sqrt{9t^4 + 36t^2 + 36}}\\ \Leftrightarrow \frac{(6t, 6, 3t^2)}{\sqrt{(3t^2+6)^2}}\\ \Leftrightarrow \frac{(6t, 6, 3t^2)}{3t^2+6}\\ \end{math} Donc, \[\boxed{\vec{T}(t) =\frac{(6t, 6, 3t^2)}{3t^2+6}}\] \subsubsection*{Calculons $\vec{N}(t) = \frac{\vec{T'}(t)}{||\vec{T'}(t)||}$} On pose : \[ \vec{T}(t) = \left( \frac{6t}{3t^2+6},\, \frac{6}{3t^2+6},\, \frac{3t^2}{3t^2+6} \right) \] On dérive chaque composante avec la règle du quotient : \[ T_1'(t) = \frac{d}{dt}\left( \frac{6t}{3t^2+6} \right) = \frac{6(3t^2+6) - 6t(6t)}{(3t^2+6)^2} = \frac{-18t^2 + 36}{(3t^2+6)^2} \] \[ T_2'(t) = \frac{d}{dt}\left( \frac{6}{3t^2+6} \right) = \frac{-36t}{(3t^2+6)^2} \] \[ T_3'(t) = \frac{d}{dt}\left( \frac{3t^2}{3t^2+6} \right) = \frac{36t}{(3t^2+6)^2} \] Ainsi : \[ \vec{T}'(t) = \left( \frac{-18t^2 + 36}{(3t^2 + 6)^2},\; \frac{-36t}{(3t^2 + 6)^2},\; \frac{36t}{(3t^2 + 6)^2} \right) \] \[ \|\vec{T}'(t)\| = \sqrt{ \left( \frac{-18t^2 + 36}{(3t^2+6)^2} \right)^2 + \left( \frac{-36t}{(3t^2+6)^2} \right)^2 + \left( \frac{36t}{(3t^2+6)^2} \right)^2 } \] \[ = \frac{ \sqrt{(-18t^2 + 36)^2 + 2(36t)^2} }{(3t^2 + 6)^2} \] \[ = \frac{ \sqrt{324t^4 - 1296t^2 + 1296 + 2592t^2} }{(3t^2 + 6)^2} = \frac{ \sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296} }{(3t^2 + 6)^2} \] \[ \vec{N}(t) = \frac{\vec{T}'(t)}{\|\vec{T}'(t)\|} = \left( \frac{-18t^2 + 36}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}},\; \frac{-36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}},\; \frac{36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] \subsubsection*{Calculons $\vec{B}(t)$} Nous avons les vecteurs suivants : \[ \vec{T}(t) =\frac{(6t, 6, 3t^2)}{3t^2+6} \] \[ \vec{N}(t) = \frac{\vec{T}'(t)}{\|\vec{T}'(t)\|} = \left( \frac{-18t^2 + 36}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}},\; \frac{-36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}},\; \frac{36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] On calcule les composantes du produit vectoriel : \[ \vec{B}(t) = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ \frac{6t}{3t^2 + 6} & \frac{6}{3t^2 + 6} & \frac{3t^2}{3t^2 + 6} \\ \frac{-18t^2 + 36}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} & \frac{-36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} & \frac{36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \end{vmatrix} \] \textbf{Composante en \( \vec{i} \)} : \[ \vec{i} \cdot \left( \frac{6}{3t^2 + 6} \cdot \frac{36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} - \frac{3t^2}{3t^2 + 6} \cdot \frac{-36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] \[ = \vec{i} \cdot \frac{1}{3t^2 + 6} \cdot \frac{36t(6 + t^2)}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} = \vec{i} \cdot \frac{36t(6 + t^2)}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \] \textbf{Composante en \( \vec{j} \)} : \[ - \vec{j} \cdot \left( \frac{6t}{3t^2 + 6} \cdot \frac{36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} - \frac{3t^2}{3t^2 + 6} \cdot \frac{-18t^2 + 36}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] \[ = -\vec{j} \cdot \left( \frac{1}{3t^2 + 6} \cdot \frac{36t^2 + (3t^2)(-18t^2 + 36)}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] Calculons : \[ (3t^2)(-18t^2 + 36) = -54t^4 + 108t^2 \quad \text{et} \quad 36t^2 + (-54t^4 + 108t^2) = -54t^4 + 144t^2 \] Donc la composante en \( \vec{j} \) vaut : \[ - \vec{j} \cdot \frac{-54t^4 + 144t^2}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \] \textbf{Composante en \( \vec{k} \)} : \[ \vec{k} \cdot \left( \frac{6t}{3t^2 + 6} \cdot \frac{-36t}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} - \frac{6}{3t^2 + 6} \cdot \frac{-18t^2 + 36}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \right) \] \[ = \vec{k} \cdot \frac{1}{3t^2 + 6} \cdot \frac{-36t^2 + 108 - 6t^2}{\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} = \vec{k} \cdot \frac{-36t^2 + 108 - 6t^2}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} = \vec{k} \cdot \frac{-42t^2 + 108}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}} \] \subsubsection*{Résultat final} \begin{math} \vec{B}(t) =( \frac{36t(t^2 + 6)}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}}\\ \frac{54t^4 - 144t^2}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}}\\ \frac{-42t^2 + 108}{(3t^2 + 6)\sqrt{324t^4 + 1296t^2 + 1296}}) \end{math} \subsection{} Pour calculer la courbure, nous allons utiliser la formule \(k(t) = \frac{||\vec{T'}(t)||}{||\vec{r'}(t)}||\) \begin{itemize} \item \(||\vec{r'}(t)|| = 3t^2 + 6\) \item \(\frac{4}{t^2 + 2}\) \end{itemize} \begin{math} K(t) = \frac{\frac{4}{t^2 + 2}}{3t^2+6}\\ \Leftrightarrow \frac{4}{t^2 + 2} \frac{1}{3t^2+6}\\ \Leftrightarrow \frac{4(1)}{(t^2 + 2)(3t^2+6)}\\ \Leftrightarrow \frac{4}{3(t^2+2)^2}\\ \end{math} \subsection{} \subsubsection*{a)} Soit la courbe définie par la fonction vectorielle : \[ \vec{r}(t) = \left(3t^2,\ 6t,\ t^3\right) \] Le point donné est \( P = \left(3,\ 6,\ 1\right) \) et correspond à \( t = 1 \). On commence par calculer le vecteur tangent au point \( t = 1 \) : \[ \vec{r}'(t) = \left(6t,\ 6,\ 3t^2\right) \Rightarrow \vec{r}'(1) = (6,\ 6,\ 3) \] On prend \(\vec{n} = \vec{T}(1) = (6,6,3)\) comme vecteur normal. L'équation du plan passant par \(P = (3,6,1)\) et de vecteur normal \(\vec{n} = (a,b,c)\) s'écrit : \[ a(x - x_0) + b(y - y_0) + c(z - z_0) = 0 \] On remplace : \[ 6(x - 3) + 6(y - 6) + 3(z - 1) = 0 \Rightarrow 6x + 6y + 3z = 57 \] Donc, l'équation du \textbf{plan normal} est : \[ \boxed{6x + 6y + 3z = 57} \] \subsubsection*{b)} Le plan osculateur est défini par les vecteurs \(\vec{T}(t)\) et \(\vec{N}(t)\). On a : \[ \vec{r}'(1) = (6,\ 6,\ 3), \quad \vec{r}''(1) = \left(6,\ 0,\ 6\right) \] On calcule le produit vectoriel : \[ \vec{B}(1) = \vec{r}'(1) \wedge \vec{r}''(1) = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ 6 & 6 & 3 \\ 6 & 0 & 6 \\ \end{vmatrix} = (36,\ -18,\ -36) \] On a donc un vecteur normal \(\vec{n} = \vec{B}(1) = (36,\ -18,\ -36)\) et le point \(P = (3,\ 6,\ 1)\). Équation du plan : \[ 36(x - 3) - 18(y - 6) - 36(z - 1) = 0 \Rightarrow 36x - 18y - 36z = -36 \Rightarrow \boxed{2x - y - 2z = -2} \]