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calcul d'un volume de prisme

Posté par
user739290017
10-01-24 à 01:35

Bonjour, je lance un petit appel à l'aide parceque je suis bloquée sur mon exercice de maths. Ci dessous l'énoncé :

Un vendeur de berlingots veut faire fabriquer une nouvelle boîte de présentation pour Noël. Elle aura la forme d'un prisme droit dont deux des faces sont deux rectangles de 20 cm de longueur sur 5 cm de largeur. Les bases sont des triangles isocèles. On pose BC = x

Pour quelle valeur de x le volume de cette boîte est-il maximal ?
Quel est alors le volume de la boîte?

J'ai trouvé un corrigé sur internet qui pose le problème en différentes étapes par des questions et qui détermine f(x)=x^2(100-x^2)

J'ai fait de mon côté l'exercice (j'ai donc calculé la hauteur du triangle ABC, puis son aire et j'ai trouvé la formule du volume =5xV(100-x^2)

En partant de cette fonction je trouve donc le bon résultat avec l'étude du signe de sa dérivée. Mon souci est que je ne comprend pas le lien entre la formule du volume et la fonction associée à ce volume

J'apprécierai volontiers de l'aide pour que je puisse démontrer "d'où sort" cette formule, merci et bonne soirée


calcul d\'un volume de prisme

Posté par
Zormuche
re : calcul d'un volume de prisme 10-01-24 à 01:49

Salut
Ta formule est correcte
Cependant il est équivalent d'étudier la fonction f donnée dans ton corrigé car celle-ci est (à peu de chose près) le carré de l'aire. Et comme la fonction carré est croissante sur les réels positifs et que l'aire est positive, la valeur de x qui réalise le maximum sera la même dans les deux cas

L'avantage d'étudier la fonction f plutôt que l'aire brute est qu'elle est plus commode à dériver

Posté par
user739290017
re : calcul d'un volume de prisme 10-01-24 à 02:00

oui mais le souci est qu'il faut que je justifie d'où vient la formule f(x) que je veux utiliser puisque la question est quand même très ouverte, je dois faire toutes les démarches seules
mais du coup il faut que je mette au carré le volume que j'ai trouvé ? ou l'aire ABC je n'ai pas compris

Merci pour la réponse rapide en tout cas !

Posté par
Zormuche
re : calcul d'un volume de prisme 10-01-24 à 02:17

Le but de l'exercice est de déterminer une fonction et de calculer son maximum

Tu as trouvé la fonction  V(x) = 5x\sqrt{100-x^2}  qui détermine précisément le volume du prisme en fonction de x. Très bien, tu peux la dériver et trouver son maximum et l'exercice est fini. Pas besoin de f.

Le corrigé que tu as trouvé utilise une astuce en définissant une fonction f qui possède un maximum au même endroit que V, donc qui résout le même problème. Ce n'est pas nécessaire de faire ça, le seul avantage c'est que le calcul de la dérivée économise un petit peu d'encre

Posté par
user739290017
re : calcul d'un volume de prisme 10-01-24 à 09:23

Super merci beaucoup pour ton aide !
j'ai une dernière petite question, vu la tête de la fonction est ce que ce ne serait pas plus simple de l'exprimer en tant que
V(x)= V(25x^2)V(100-x^2)    pour la dériver après
parceque je n'arrive pas à identifier la forme de la fonction telle qu'elle est présentée donc
si je la présente sous la forme uxv ce sera plus facile pour moi non ?
Merci encore de l'aide !

Posté par
Zormuche
re : calcul d'un volume de prisme 10-01-24 à 09:51

Si tu veux, tu peux, mais je n'en vois pas l'intérêt
dériver est toujours facile, car tu n'as pas vraiment besoin de repérer une forme particulière (contrairement à la recherche de primitive)

Ici, c'est le produit d'un facteur réel (5), d'un polynôme (x) et d'une fonction plus complexe (sqrt(100-x^2)) qui demandera elle-même un traitement supplémentaire
Donc on est bien sur un u*v, avec u=x et v=sqrt(100-x^2)

Si tu veux utiliser la forme plus simple donnée dans ton corrigé par f(x)=x^2(100-x^2), voici la justification :

Pour x dans ]0,10[, f(x) = k*g(V(x)) où g est la fonction carrée (et k un réel positif). Or, la fonction carrée est croissante sur [0,10], par conséquent f et V ont le même sens de variation, et plus encore, les mêmes sommets.

En effet, pour x et y réels quelconques dans ]0,10[, le signe de V(x)-V(y) est le même que celui de f(x)-f(y), car f(x)-f(y) = V(x)^2 - V(y)^2 qui est du signe de V(x)-V(y) par le fait que la fonction carré est croissante

Posté par
user739290017
re : calcul d'un volume de prisme 12-01-24 à 13:30

Super merci beaucoup pour l'aide !! Bonne journée

Posté par
mathafou Moderateur
re : calcul d'un volume de prisme 12-01-24 à 14:38

Bonjour,

avec un minimum de calcul (vu que la méthode est libre !) :
la hauteur du prisme = 20 = constante, donc son volume sera maximum quand l'aire de sa base ABC le sera

calculons cette aire en utilisant la hauteur issue de B
cette hauteur est égale à 5 sin(A)
et l'aire sera donc 1/2 * 5² sin(A)
sera maximale quand sin(A) sera maximal c'est à dire quand A sera un angle droit. (cours de trigo)

quasiment terminé :
x = hypoténuse d'un triangle rectangle de cotés 5 et 5, aire = 25/2 etc



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