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3e poste, géométrie

Posté par
AsmoiPap
02-03-24 à 19:57

bonsoir voici mon exercice
Exercice 4:
Dans une sphère de rayon 4 cm, on inscrit un cylindre de hauteur h. Les deux bases du cylindre sont des disques de rayon r.
Pour quelle valeur de h le volume du cylindre est-il maximal ?

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 19:58

Donc le volume du cylindre est donné par V= pi r^2h

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:00

En utilisant le theorème de phythagore on peut établir que h = Racine( 8r - r^2)

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:02

ainsi h= Racine (8*4-4^2 ) = Racine(32-16) = Rac16 = 4

donc quand h=4 le volume max est atteint

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:02

c'est bien ça ?

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:12

Comment faites-vous pour vous débarrasser de r  ?

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:20

j'ai utiliser la relation du theoreme de pythagore pour enlever r de l'équation

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 20:37

3e poste, géométrie

O le centre du cercle
 \omega le centre de la sphère

on a donc 4^2=r^2+\left(\dfrac{h}{2}\right)^2

On en déduit  r   et on le reporte dans le volume du cylindre

On a donc une fonction en h que l'on va étudier  

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:07

j'imagine qu'après on résout l'équation pour obtenir r en fonction de h
r^2 =16 - h^2/4
           pi * Racine(16 - h^2/4) h
           pi * Racine(16h -h^3/4)

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:15

r^2=16-\dfrac{h^2}{4}

\mathcal{V}(h)=\pi \times \left(16- \dfrac{h^2}{4}\right)\times h

Pour quelle valeur de h, cette fonction \mathcal{V} admet-elle un maximum ?

Qu'avez-vous effectué ? \mathcal{V}(x)=\pi\times r^2\times h

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:18

Je dois trouver la dérivée de V(h) ?

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:23

Non, puisque  \mathcal{V}(x) est un réel, sa dérivée est nulle.

C'est celle de \mathcal{V} qu'il faut étudier

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:31

je suis pas sure :

16 - h^2/ 2 = 0
ça donne h^2 =32
h = Racine(32) ou h= -Racine(32)

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:39

Comment dérivez-vous ?

 \mathcal{V}(x)= 16\pi h-\dfrac{\pi\times h^3}{4}

\mathcal{V}'(h)=16 \pi -\dfrac{3\pi h^2}{4}

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:44

ah mince je pensais qu'il ne fallait pas dérivé

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:46

après je suppose que je dois trouver les valeurs critiques
16pi h - pi * h^3/4 = 0
?

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:51

Si c'était juste une question de rigueur. On dérive une fonction, pas un réel.    On va chercher le maximum parmi les points où la dérivée s'annule.

Pour quelles valeurs de h,\quad 16 \pi -\dfrac{3\pi h^2}{4}=0 ?

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 22:57

on isole h puis
16 pi - 3pi h^2/4 = 0
h^2= 64/3
en prenant la racine carrée des deux côtés on a
h= Racine(64/3) = h= 8 Racine(3) / 3

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:04

Si le volume du cylindre admet un maximum, ce sera pour  h=\dfrac{8\sqrt{3}}{3}. Il reste à vérifier qu'en ce point l'expression change de signe

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:13

La dérivée seconde de (16/pi) par rapport à (h) est (0) parce que c'est une constante

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:14

et donc la dérivée seconde par rapport à h est
-3pi h/ 2

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:17

- 3pi (8 racine(3) / 3) / 2

= 3 pi * 8 racine(3)/6

= - 4pi racine(3)

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:29

Quel intérêt ? le plus intéressant est le signe .

un trinôme du second degré est du signe de a sauf entre les racines quand elle existe.
Par conséquent, en  \dfrac{8\sqrt{3}}{3}

\mathcal{V}(h) change de signe.  étant positf avant et négatif

ensuite  \mathcal{V} admet un maximum en ce point.

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:34

ah oui c'est vrai que je pouvais juste procéder comme ça

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:34

et ce que ça serait possible de faire un recap parce que je suis un peu perdue entre les mauvaises réponses et les bonnes

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:39

Il reste peut-être une vérification. Est-ce que le cylindre rentre dans la sphère ?

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:40

Faites une proposition, cela permettra de bien voir si vous avez compris

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:55

Non puisque
le rayon de la sphère est de 4cm
pour le cylindre la hauteur maximale est de
8racine(3)/3 = 4,62

Le diamètre du cylindre est 2r = 2*8racine(3)/ 3 = 9,24 cm

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 02-03-24 à 23:56

comparé au diamètre de la sphère
2*4 = 8cm
le diamètre du cylindre ne peut pas rentrer dans la sphère

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 03-03-24 à 00:11

Il doit y avoir quelques erreurs

r^2=16-\dfrac{h^2}{4}

h^2=\dfrac{64}{3}

 r^2= 16-\dfrac{16}{3}=\dfrac{32}{3}\quad r=4\times \dfrac{\sqrt{2}}{3}\approx 3,26

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 03-03-24 à 00:13

ah oui en effet pas mal d'erreur :|

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 03-03-24 à 00:23

Résumé

formule du volume du cylindre  

relation entre r et h

expression du volume  en fonction de h seulement

étude de la fonction volume :  dérivée nulle en changeant de signe

conclusion

Posté par
AsmoiPap
re : 3e poste, géométrie 03-03-24 à 00:28

Merci beaucoup !

Posté par
hekla
re : 3e poste, géométrie 03-03-24 à 00:39

De rien

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