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Cube, pyramide, volume et fonction

Posté par
Zery
09-09-18 à 13:11

Bonjour !

J'ai un DM à faire et l'exercice 1 me pose problème, voici l'énoncé :

ABCDEFGH est un cube d'arête 10 cm.
On construit les points M, N et P respectivement sur [FB], [FE] et [FG] de sorte que FM = EN = GP.
Déterminer la position que doivent occuper ces trois points pour que la pyramide FMNP ait un volume maximal.

Bon, vu la question je me doute qu'une fonction va apparaître, puis un tableau de variations etc...
J'ai donc commencé par chercher la formule du volume d'une pyramide à forme triangulaire et j'ai trouvé celle-là : V = \frac{Bh}{3} avec B = aire de la base et h = hauteur.
J'ai exprimé les longueurs FN, FP et FM en fonction de x et j'ai obtenu que ces longueurs étaient égales à 10-x.
A partir de là, je suis bloqué, je ne sais pas quoi faire car je sais pas comment calculer l'aire de la base GMN, je sais juste que c'est un triangle isocèle.

Merci d'avance !

Cube, pyramide, volume et fonction

Posté par
pgeod
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 13:28

triangle isocèle certes,
mais également rectangle et de coté (10 - x)

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 13:30

Bonjour,
  MFPN est un tétraèdre.
  Que représente [FM]  pour ce tétraèdre ?

Posté par
pgeod
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 13:33

Je complète ma réponse.. pour la base du tétraèdre.
Je parlais du triangle GFN qui est isocèle rectangle de coté (10 -x)

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:06

PLSVU : [FM] représente la hauteur du tétraèdre, donc h = (10-x) je suppose ?

pgeod : triangle rectangle isocèle, théorème de Pythagore je présume ? Sinon pourquoi le triangle GFN ? Ce ne serait pas plutôt PFN ?
PN² = FP² * FN²
PN² = (FG - GP)² * (FE - EN)²
PN² = (10 - 10 + x)² * (10 - 10 + x)²
PN² = x² * x²
PN² = x4
PN = x²

Avant de continuer mes calculs, ma démarche est bonne ? (je sais que la rédaction est incomplète, c'est juste du brouillon)

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:08

Oups désolé pour le double post, je viens de voir une erreur dans mon calcul, ce n'est pas une multiplication mais une addition, donc
PN² = 2x²
PN =  \sqrt{2x²}

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:14

[FM] représente la hauteur du tétraèdre, oui
donc h = (10-x) ??
   la  variable x désigne quelle longueur?

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:20


[FM] représente  une des  hauteurs du tétraèdre,
indique clairement    la base et hauteur , que tu choisis.

remarque le calcul de PN n'est pas utile

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:23

x désigne la longueur FN et FP. Donc vu que FM = GP = EN,   FN = FP = BM donc FM = (x - 10) non ?
Je viens de me rendre compte que calculer PN n'était pas vraiment utile, si ?

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:24

La base la plus simple me semble FNP car on connait FN et FP.

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:32

L'aire de la base FNP serait égale à \frac{x²-20x+100}{2} ?

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 14:44

On construit les points M, N et P respectivement sur [FB], [FE] et [FG] de sorte que FM = EN = GP. = longueur  à  déterminer pour le volume maximal dutétraàdre
Il me semble plus logique poser x= FM = EN = GP.
aire de la base=
aire du triangle FNP  rectangle en F
FN=FP=........
hauteur FM=x
  Volume =B*h/3  OK

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:03

Donc FN = FE - EN = 10 - x
Donc FN = FP = (10 - x) (j'ai vraiment l'impression de louper quelque chose)

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:10

   le triangle FNP est isocèle et rectangle en F calcule son aire ,sachant que FN=10-x

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:18

oups  je n'avais pas vu, excuse -moi
09-09-18 à 14:32
L'aire de la base FNP serait égale à \frac{x²-20x+100}{2} c'est OK

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:28

Ok, ça me rassure je pensais vraiment que j'étais passé à côté de quelque chose.

Vu que V = \frac{Bh}{3} on a V(x) = \frac{1}{3} \times \frac{x²-20x+100}{2} \times \frac{x-10}{1} = \frac{x^{3}-30x²+300x-1000}{6}

Pas facile à étudier, un petit coup de dérivation ?

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:51

  attention h=FM≠10-x
  FN=GP =10-x  ,valeur prise pour calculer l'aire de la base FNP
or   FM≠FP   et  FM≠FN

M appartient au segment [BF] tel que FM = EN = GP.=....

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 15:53

Ahh j'avais oublié que FM = x, je refait les calculs du coup

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 16:22

V(x) = \frac{x^{3}-20x²+100x}{6}
V'(x) = \frac{3x²-40x+100}{6}
\Delta = b²-4ac = (-40)²-4\times 3\times 100 = 400
x_{1} = -\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{10}{3}
x_{2} = -\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{50}{3}
\begin{array} {|c|cccccc|} x & -\infty & & \frac{10}{3} & & +\infty & \\ {V'(x)} & & + & 0 & - & & \\ {V(x)} & & \nearrow & \frac{2000}{81} & \searrow & & \end{array}

Donc le problème est résolu ? Il faut que FM = EN = GP = 10/3 cm pour que l'aire soit maximale.

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 16:25

J'ai oublié de modifier mais le tableau c'est [0;10] et pas infini.

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 16:43

OK pour x=10/3   soit un volume  de  2000/81
  intervalle [0;10]
attention
x2 ≠50/3   est faux
mais il te reste à justifier que c'est la valeur maximale

remarque si tu ne développes pas l'expression donnant  l'aire  de la base, cela simplifie les calculs
V(x)=\dfrac{x(10-x)^2}{6}

V'(x)=\dfrac{(10-x)^2-2x(10-x)}{6}

V'(x)=\dfrac{(10-x)((10-x)-2x)}{6}=\dfrac{(10-x)(10-3x)}{6}
s'annule pour x=10 et pour x=10/3

Posté par
Zery
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 18:50

Pourquoi il faut justifier sur le fait que ce soit la valeur maximale ? Le tableau de variation le montre bien, à part calculer V(0) et V(10) je ne vois pas quoi faire d'autre

Posté par
PLSVU
re : Cube, pyramide, volume et fonction 09-09-18 à 19:07

      rajoute   dans le tableau  :  pour x=10     V'(10)=0  est le volume est nul. (pas de tétraèdre)
   A mon  époque ,on justifiait par des phrases....



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