Descartes et les Mathématiques Épreuve pratique de terminale S suppriméeSujets 2009 de géométrie plane avec GeoGebra L'épreuve pratique de géométrie avec GeoGebra. Feuille de travail dynamique. | ||||||||||||||||||
Sommaire24. Étude d'une courbe de Bézier | Version classique non interactive | |||||||||||||||||
Avec GéoPlan |
Épreuve pratique |
Épreuve pratique |
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Cette année 2009, presque plus de géométrie plane ; seulement deux sujets sur les similitudes | ||||||||||||||||||
24. Étude d'une courbe de BézierÉnoncé Dans le plan rapporté à un repère orthonormal (O, , ), on considère les points A de coordonnées (0 ; 6), B de coordonnées (2 ; 0) et C de coordonnées (4 ; 6). Le but de l'exercice est d'étudier le lieu des points M quand t décrit l'intervalle [0 ; 1], et la position de cet ensemble par rapport aux droites (AB) et (BC). Partie A 1. Réaliser la figure avec un logiciel de géométrie dynamique. Partie B 4. Déterminer en fonction de t les coordonnées des points G, H et M. Production demandée • Visualisation du lieu du point M. Technique GeoGebra Le barycentre G des deux points pondérés (A, α) et (B, β), Pour garder la trace du point M, cocher l'option « activer le mode trace » dans le menu contextuel de M et déplacer le curseur de t. | ||||||||||||||||||
Indications 2. Les droites semblent tangentes à la courbe. 3. Le point M se déplace sur la parabole d'équation Avec GeoGebra, cocher la case de f pour afficher le graphe. 4. D'après la fonction vectorielle de Leibniz = (1 − t) + t . Soit G(2t ; 6(1 − t)). 5. On a donc t = x/4 et y = x2 − 3x + 6, équation de la parabole conjecturée à la question 3. f’(x) = x − 3. f’(0) = −3 et f’(4) = 3. Les droites (AB) et (BC) sont respectivement tangentes en A et C à la parabole. Figure dans GeoGebraTube : Courbe de Bézier - Épreuve pratique 2009 | ||||||||||||||||||
65. Distance minimale d'un point à une courbeÉnoncé Dans un repère orthonormal d'origine O, on considère la courbe C représentative de la fonction logarithme népérien. Partie A 1. À l'aide d'un logiciel de géométrie dynamique, faire une figure permettant d'explorer cette situation. 2. Cette distance semble-t-elle minimale pour un (ou plusieurs) point(s) particulier(s) de C ? Si oui donner une valeur approchée à 10– 2 près de cette plus petite distance et de l'abscisse de ce(s) point(s). 3. Tracer la droite (OM) ainsi que la tangente en M à la courbe C. Que semble-t-il se passer Partie B 4. Quelle relation doit vérifier l'abscisse x0 d'un point M0 en lequel la distance OM est minimale ? 5. Prouver la conjecture élaborée dans la question 3. Production demandée – Les différentes étapes des stratégies prévues pour répondre aux questions 4. et 5.
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Indications 2. x0 ≈ 0,43. 3. La droite OM0 semble perpendiculaire à la tangente (d). 4. Le produit des coefficients directeurs, ex / x pour OM et ex pour (d), est égal à −1, d'où l'équation e2x = − x et la solution approchée 5. Pour cette démonstration, basée sur la convexité de la courbe exponentielle, s'inspirer du même exercice proposé en 2008. Télécharger la figure GeoGebra distance_point-courbe.ggb | ||||||||||||||||||
69. Intersection de tangentesÉnoncé On considère les fonctions f et g définies sur R par : Pour tout réel a, on note : On souhaite étudier le lieu géométrique L du point M lorsque a varie dans R. Partie A 1. À l'aide d'un logiciel de géométrie dynamique : 2. Tracer le lieu L du point M. Ce point semble appartenir à la courbe représentative E d'une fonction connue, quelle est cette fonction ? Comment peut-on vérifier cette conjecture ? Partie B 3. Démontrer que L fait effectivement partie de E. Que dire de plus ? Production demandée
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Indications 1. Pour l'étude du lieu, on se limite avec GeoGebra à l'intervalle [−5 ; 5]. En déplaçant a, on trouve les valeurs suivantes :
(c) En observant le tableau de valeurs de a, on trouve la relation xM = a + 1. 2. Le point M semble appartenir à la courbe représentative E de la fonction exponentielle. On peut vérifier cette conjecture en traçant avec GeoGebra la fonction e(x) = ex. 3. Un calcul de dérivée permet de trouver que f’(x) = g(x) et que g’(x) = f(x), d'où les coefficients directeurs g(a) et f(a) des tangentes TA et TB. La tangente TA a pour équation y − f(a) = f’(a)(x − a) d'où : y − f(a) = g(a)(x − a). Résoudre ce système en éliminant y entre ces deux équations. En simplifiant par f(a) − g(a) on trouve x = a + 1. On peut dire en plus que L = E car tous les points de E sont atteints : en effet quel que soit M dans E d'abscisse xM, M est le point d'intersection des tangentes aux points A et B d'abscisse xM − 1. Télécharger la figure GeoGebra intersection_tangentes.ggb | ||||||||||||||||||
Alignement avec un point et son transformé dans une similitudeUn point A fixe et un point M variable sont placés sur un cercle (c1). Figure GeoGebra La similitude est la composée d'une rotation de centre A suivie d'une homothétie de centre A et de rapport r2/r1. M a pour image M1 par la rotation, M1a pour image M’ par l'homothétie. Démonstration Calculer l'angle (, ) = (, ) + (, ) [mod π]. Les angles inscrits sont égaux à la moitié de l'angle au centre : Dans la similitude A est point fixe, O1 a pour image O2, M a pour image M’, par conservation des angles on a (, ) = (, ) [mod π]. Figure interactive dans GeoGebraTube : alignement dans une similitude Démonstration avec les angles inscrits, voir : angles inscrits en troisième, cas particulier de cercles de même rayon, voir : rotation en seconde. | ||||||||||||||||||
76. Recherche d'un point fixeSituation Énoncé Dans le plan complexe orienté, on considère un triangle OO’A de sens direct, rectangle en O. On considère M un point du cercle C de centre O et passant par A. On désigne par S la similitude directe de centre A qui transforme O en O’ et on désigne par M’ le point image de M par la similitude S. On cherche à prouver que la droite (MM’) passe par un point fixe. 1. À l'aide d'un logiciel de géométrie plane, construire la figure associée à la situation décrite ci-dessus. 2. Construire l'image C’ du cercle C par la similitude S. Caractériser cet ensemble C’. 3. Quelle conjecture peut-on émettre pour la droite (MM’) lorsque M décrit le cercle C ? 4. On pose S(B) = B’. Quelle propriété relative est vérifiée par les triangles ABB’ et AOO’ ? 5. Positionner le point M afin que le point B soit entre les points M et M’. 6. Donner des arguments mathématiques permettant de prouver que les points M, B et M’ sont alignés. Production demandée
Figure GeoGebra La " similitude " est la composée d'une rotation de centre A suivie d'une homothétie de centre A et de rapport r2/r1. M a pour image M1 par la rotation, M1a pour image M’ par l'homothétie. Indications 2. A est le point fixe de la similitude. L'image du cercle C de centre O et passant par A est le cercle C’ de centre O’ et passant par A. 3. Les points M, B et M’ sont alignés. 4. Les triangles ABB’ et AOO’ sont semblables par définition de la similitude. Comme AB est le double de AO, AB est le double AO’, [AB’] est un diamètre de (C’) et (BB’), perpendiculaire au diamètre [AB] de (C), est tangente en B à ce cercle. 6. Calculons l'angle (, ) = (, ) + (, ) [mod π]. Les angles inscrits sont égaux à la moitié de l'angle au centre : Dans la similitude A est point fixe, O a pour image O’, M a pour image M’, par conservation des angles on a (, ) = (, ) [mod π]. Figure interactive dans GeoGebraTube : recherche d’un point fixe Compétences évaluées | ||||||||||||||||||
81. Aire variable d'un triangleSituation Énoncé Soit un repère orthonormal (O, , ) du plan et la courbe C d'équation y = ex − 1. Partie A 1. Construire la figure à l'aide d'un logiciel de géométrie dynamique. 2. Afficher à l'écran l'aire du triangle OAB. 3. Pour tout a dans l'intervalle [0; 1], on note f (a) l'aire du triangle OAB. Construire l'ensemble des points M(a ; f(a)). Partie B 4. (a) Déterminer l'expression de f(a) en fonction de a. Production demandée
Compétences évaluées
Compétences mathématiques
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Technique GeoGebra Placer les points O et P(1, 0). Sur le segment [OP], placer le point N et nommer a le segment [ON]. La fonction g(x) = ex − 1 sur l'intervalle [0, 1] est définie par Fonction[e^x − 1, 0, 1]. L'aire f du triangle est définie par Aire[O, A, B]. Pour rendre lisible le graphe de f des points M(a ; f(a)) on le décale et on le dilate par (a + 1.2, 10 f) et on trace le lieu du point M avec N comme pilote. Télécharger la figure GeoGebra aire_triangle.ggb | ||||||||||||||||||
83. Optimisation en géométrie planeSituation Énoncé Dans un repère orthonormal du plan, on considère la courbe représentative C de la fonction x → ex et la droite D d'équation y = 2x − 3. Partie A 1. Utiliser un logiciel de géométrie pour construire la droite D et la courbe C. 2. Placer un point mobile M sur C et construire le point N image de M par la projection orthogonale sur D. 3. Conjecturer, au moyen du logiciel, l'abscisse du point M0 de C dont la distance à D est minimale. Partie B 4. Élaborer une méthode permettant de démontrer ces conjectures. 5. Calculer les coordonnées de M0 et sa distance à D. Production demandée
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Technique GeoGebra Déplacer le point P, dans l'intervalle [P2P1], ce qui détermine l'abscisse a de M. Pour tracer le projeté orthogonal N de M sur D, tracer le symétrique M’ de M par rapport à D, N est alors le milieu de [MM’]. Indications 3. La distance minimale est obtenue pour un point d'abscisse x0 ≈ 0,69. 4. La démonstration, basée sur la propriété de la convexité de la courbe exponentielle, est analogue à celle utilisée dans distance d'une courbe à un point. 5. La pente de la tangente t est égale à 2, coefficient directeur de la droite D, donc ex = 2 soit x0 = ln(2) et M0 a pour coordonnées (ln(2), 2). Rappel de cours de 1ère S : la distance d'un point M(x0, y0) à la droite d'équation ax +by + c = 0 est égale à . Pour le point M0(ln(2), 2) et la droite D d'équation 2x − y − 3 = 0, on a donc une distance minimale de , conforme au calcul de GeoGebra. Télécharger la figure GeoGebra distance_droite_courbe.ggb Compétences évaluées
Compétences mathématiques
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91. Propriétés de la courbe représentative d'une fonctionÉnoncé Soit f la fonction définie sur R par : f(x) = − x + . 1. Construire la figure à l'aide d'un logiciel de votre choix. 2. Faire varier a et émettre des conjectures concernant respectivement :
3. On se propose d'étudier les conjectures émises à la question précédente. Production demandée
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Indications La droite (MN) a une direction fixe (coefficient directeur −1). Télécharger la figure GeoGebra secante_2_tangentes.ggb | ||||||||||||||||||
128. Étude de la courbe représentative d'une fonctionÉnoncé On considère la fonction f définie sur l'intervalle [0; 1] par f(x) = (1 – )2. 1. (a) Représenter la courbe C à l'aide d'un outil de géométrie dynamique. 2. (a) Placer un point M sur la courbe C, puis construire le point M’ symétrique de M par rapport à la droite D d'équation y = x. 3. (a) Pour tout réel x appartenant à l'intervalle [0; 1], exprimer f ° f (x) en fonction de x. Production demandée – Réalisation du graphique et construction pour observation du lieu du point M’. | ||||||||||||||||||
Indications 1. (b) Pour tout x appartenant à [0; 1], g(x) = x. 2. (b) Lorsque M décrit la courbe C, le lieu de M’ est la courbe C. 3. (a) Pour tout x appartenant à [0; 1], f ° f(x) = (1 – ]2 = [1 − (1 – )]2 = []2 = x. f ° f = Id ; f – 1 = f. La courbe C est symétrique par rapport à la droite D. Télécharger la figure GeoGebra fonction_auto_reciproque.ggb | ||||||||||||||||||
131. Étude d'une figure du plan (spécialité)Situation Énoncé Soit un triangle équilatéral direct ABC et soit D un point du segment [BC]. La parallèle à la droite (AC) menée par D coupe la droite (AB) en E et la parallèle à la droite (AB) menée par D coupe la droite (AC) en F. Soit le point G, centre de gravité du triangle ABC et les points H et A’, symétriques de G et A par rapport à la droite (BC). On définit les points I et J centres de gravité respectifs des triangles BDE et CDF. On se propose d'étudier la nature du triangle HIJ quand D décrit le segment [BC]. 1. (a) Représenter la figure à l'aide d'un logiciel de géométrie dynamique. Appeler l'examinateur pour une vérification de la figure réalisée. 2. On définit les similitudes directes S1, de centre C, de rapport , d'angle et S2, de centre B, de rapport = , d'angle (a) Déterminer les images de J et H par f. Production demandée • Réalisation de la figure. Compétences évaluées Indications Ce problème est un cas particulier du triangle de Napoléon, lorsque le triangle BCD est dégénéré. Il était traité, grâce à une rotation, dans la page : problème du BOA. Trouver les médianes [BG] et [CG] comme lieu de points est très élémentaire ! Le point H est le centre de gravité du triangle équilatéral A’BC. 1. (b) Le triangle HIJ semble équilatéral. (c) Le point I situé sur la médiane issue de B du triangle équilatéral BDE est situé sur la médiane [BG] du triangle ABC. Avec GeoGebra, on visualise le lieu de I qui est le segment [BG] et celui de J le segment [CG], ce qui permet de préparer la question suivante. À l'issue de cette question 2.(a), on pourra affirmer que ces lieux, images du segment [BC] par les similitudes S1 et S2– 1, sont exactement les segments [GC] et [BG]. 2. (a) D'après les propriétés métriques du centre d'un triangle équilatéral, la distance de ce centre à un sommet est égale à la longueur du côté du triangle divisé par . (b) La composée des similitudes S1 et S2 est une similitude de rapport le produit (c) Par la rotation f, de centre H, [HJ] a pour image [HI], donc HJ = HI et le triangle isocèle HIJ, ayant un angle de radians, est équilatéral. Télécharger la figure GeoGebra triangles_equilateraux.ggb | ||||||||||||||||||
Page no 133, créée le 16/08/2009 |