Descartes et les Mathématiques Maxima - MinimaAncienne classe de 1ère S De nombreuses situations menant à des problèmes d'optimisation : | ||
Sommaire1. Aire minimum de deux demi-disques 3. Aire maximum de deux lunules 4. Le quadrilatère qui tourne 5. Aire et périmètre maximums d'un rectangle 6. Aire et périmètre d'un triangle isocèle, inscrit dans un cercle 7. Fonction définie par une aire 8. Deux cercles tangents, tangents à l'intérieur d'un carré 9. Aire d'un rectangle inscrit dans un triangle | ||
Technique GeoGebra : dans les exercices de cette page est utilisée | ||
1. Aire minimum de deux demi-disquesOn considère la figure suivante : (C) est un cercle Indication Le problème est posé dans le cadre géométrique. | ||
2. Arbelos d'ArchimèdeArbelos d'Archimède, tricercle de Mohr, tranchet du cordonnier
ou 2.a. Aire de l'arbelosOn considère un arbelos formé par un demi-cercle de diamètre AB = 5, On considère un demi-cercle de diamètre AB = 5. M est un point variable Si AM = x et AB = 5, l'aire de l'arbelos est π × AM × MB = πx (5 – x), Pour x = , l'aire maximale est égale à la moitié de l'aire La perpendiculaire à [AB] au point M coupe le grand demi-cercle au point C. (CM) est la hauteur, issue du sommet de l'angle droit, du triangle rectangle ABC ; Le cercle (c), de diamètre [MC], a la même aire que celle de l'arbelos : π × MC2. | ||
2.b. Cercles d'Archimèdeen : Archimedes’ circles Les cercles jumeaux d'Archimède (c) et (c’) sont deux cercles inscrits Ces deux cercles ont même diamètre d = = , si AB = 5 Dans un repère orthonormé d'origine A, tel que B(5, 0), La ligne des centres (OO’) coupe, à l'extérieur Son aire π × DE2 est la même aire que π × MC2, (Ces constructions sont analytiques, il manque une preuve synthétique) Article exporté e n novembre 2007 dans WikiPédia : cercles d'Archimède | ||
3. Aire maximum de deux lunules d'Hippocrate de ChiosTrouver la position du point A où la somme des aires des deux lunules est maximum. Le point M a pour coordonnées x et a1 où x est la mesure Remarque : d'après le théorème des deux lunules, la somme Ce maximum est atteint lorsque le point A est au milieu du demi-cercle | ||
4. Le quadrilatère qui tourneAire d'un quadrilatère variable dans un rectangleClasse de première S ABCD est un rectangle de longueur a = 9 et de largeur b = 6. – Où faut-il placer M pour que l'aire du quadrilatère MNPQ L'objectif de cette activité est d'introduire l'outil fonction sous Cet outil prenant du sens comme moyen de résolution d'un problème : Dans le cadre de droite est représenté le point S(x, y) Si a = 9 et b = 6 l'aire du quadrilatère MNPQ est égale à l'aire du rectangle On a donc : A(x) = 2x2 – 15 x + 54 Dans le cas général on a : A(x) = 2x2 – (a + b) x + ab | ||
Aire du parallélogramme variable et d'un rectangleSi 0 < x < b/2 ou a/2 < x < b l'aire du parallélogramme MNPQ est égale Si b/2 < x < a/2 il faut calculer la différence. Vérifier que le minimum de l'aire du parallélogramme bleu Variante : carré variable inscrit dans un carréABCD est un carré. – Montrer que MNPQ est un carré. | ||
5. Rectangle inscrit dans un quart de cercleAire maximale d'un rectangle dans un quart de cercleDe tous les quadrilatères de périmètre donné, celui qui a l'aire maximum est le carré. Énoncé AB est le « quart de cercle » situé sur le cercle de centre O et de rayon 7. Indication x = ON, y = OP ; OM2 = ON2 + OP2 = x2 + y2 = 72 donc y2 = 49 – x2 soit y = . Cette aire est maximale lorsque x = 7≈ 4,95 Lorsque le point M est variable sur le segment [AB], | ||
Périmètre maximal d'un rectangle dans un quart de cercleClasse de 2nde Où doit être situé le point M sur cet arc pour que Variante ÉduSCOL - Terminale S - Banque de sujets 2005 - Sujet 30 Soit C un cercle de rayon 4 cm. | ||
6.a. Aire maximum d'un triangle inscrit dans un cerclePour tout triangle inscrit dans un cercle et non équilatéral, Démonstration : si ABC est un triangle inscrit Corollaire : les triangles inscrits dans un cercle d'aire maximale Triangle isocèle inscrit dans un cercleSolution graphique de ce problème d'optimisation géométrique : Classe de première S Données : le triangle ABC, isocèle au sommet A, Trouver le triangle inscrit d'aire maximaleH est un point variable du diamètre [AJ] du cercle (c). Soit x = AH, la longueur de la hauteur en A du triangle ABC, variant de 0 à 2. En déplaçant le point H, on peut conjecturer que l'aire est maximale Indications Le cercle (c) ensemble des points B tels que BO2 = (x – 1)2 + y2 = 1, 16x4 – 32x3 + 27 = (2x – 3)2 (4x2 + 4x + 3) est positif pour x appartenant à [0, 2]. | ||
6.b. Triangle inscrit dans un cercle de périmètre maximalTerminale S - ÉduSCOL - Épreuve pratique 2007 - Sujet 027 Le triangle ABC, isocèle de sommet A est inscrit Soit x = AH et y représente dans cette deuxième figure le périmètre En déplaçant le point H, on peut conjecturer que le périmètre est maximal Utilisation du logiciel GeoGebra Dans le Graphique 2, à droite, sont représentés simultanément les points | ||
6.c. Triangle d'aire donnée et de périmètre minimumLa méthode pour résoudre ce problème est Corollaire : les triangles d'aire donnée et de périmètre Trouver le triangle isocèle de périmètre minimal.Données : le triangle ABC, isocèle au sommet A, a pour aire s. Soit x = AH, la longueur de la hauteur en A du triangle ABC, variant de 0 à 2. Dans un repère d'origine H, A pour coordonnées (x, 0), B(0, 2s/x) et C(0, - 2s/x). Le périmètre y = 2 AB + BC du triangle ABC est En déplaçant le point A, on peut conjecturer que le | ||
6.d. Triangle de périmètre donné et d'aire maximumDe tous les triangles de périmètre donné, et dont un côté a une longueur | ||
7. Fonction définie par une aireÉnoncé (Première S) Dans la figure ci-dessous AB = 8, AI = 2. [Ax) et [Bx’) deux demi-droites Soit x = AM et y = A(x) l'aire du triangle. Résolution du problème On se propose de faire une étude algébrique du comportement de A(x) Montrer que les côtés des triangles MAI et IBN sont proportionnels. En déduire que A(x) = et étudier la fonction. | ||
8. Deux cercles tangents, tangents à un carréOlympiades Poitiers 2002 Énoncé Soit un carré ABCD de côté a. Un cercle (c) intérieur au carré est Soit S la somme des aires des cercles (c) et (c’). Indication Les centres O et O’ des cercles étant à égale distance Les rayons r et r’ des cercles vérifient :
Les cercles étant situés à l'intérieur d'un carré de côté a, La somme des aires des deux cercles est : S = π(r2 + r’2) = [(r + r’)2 – (r – r’)2] = [(6 – 4) a2 – (r – r’)2] On en déduit immédiatement que cette aire est minimale quand Et l'aire est maximale quand r est maximal et r’ minimal (ou inversement), On obtient alors Smax = [(6 – 4)a2 – (–1 + )2a2] = (9 – 6)a2. Sujet repris à Bordeaux, aux olympiades 2008 Variante : classe de seconde Résoudre avec l'algèbre un problème de géométrie. Dans un carré de côté 4 cm, comme ci-dessus, inscrire deux cercles
centrés Indication : comme ci-dessus : r + 2r = a (2 – ), soit r = (2 – ). Voir aussi : remplir un carré avec deux cercles de même rayon | ||
9. Aire d'un rectangle inscrit dans un triangleClasse de seconde ABC est un triangle rectangle et isocèle en C tel que AB = 10. 1) Exprimer les longueurs MN et MQ en fonction de x. Quelles sont les positions du point M pour lesquelles Variante : les positions pour lesquelles Voir aussi : aire maximale d'un rectangle inscrit dans un triangle | ||
Table des matièresMenu optimisation Dans d'autres pages du site Seconde : Problèmes d'optimisation 1S - TS : Problèmes d'optimisation Recherche d'extremum au CAPES Longueur minimum en 3e Pliage du coin d'une feuille - Olympiades 2004 Épreuve pratique 2007 : – Partage d'un triangle en deux polygones de même aire Maximum faisant intervenir une parabole : analyse en 1L | ||
Sur ordinateur cette page pour grand écran
|