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[DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique

Posté par
Bloudon
26-04-14 à 11:55

Bonjour,

Je fais appel à vous pour un exercice de mon DM. Voici l'énoncé :

Un verre a une forme conique (le pied du verre n'est pas dessiné). L'angle \widehat{DAC} mesure 60°.
Un autre verre a une forme cylindrique de 2cm de rayon.
Quelle même hauteur de liquide mettre dans chaque verre pour que cela représente le même volume ?
J'avais penser calculer le volume des 2 formes mais pas sûr de faire comme çà.


Sachant que les 2 derniers chapitre que nous avons vu sont sur la Trigonométrie et les suites donc je pense qu'il faut utilisé l'un des deux.

Merci d'avance pour votre aide.

[DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 12:03

Bonjour,

les suites ne serviront à rien là dedans
la trigo, si (avec un angle donné, tu peux calculer le rayon de la base en fonction de la hauteur pour le cone)
ceci dit avec cette valeur particulière de l'angle la trigo ... bof

il faut choisir une inconnue
la hauteur me semble particulièrement adaptée
tu calcules le volume de chaque récipient en fonction de cette hauteur
et tu écrit que c'est égal (même hauteur, même volume est-il dit), ça te donne une équation que tu résoud ...
comme tu en avais l'idée, tout à fait.

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 12:36

Je n'arrive pas du tout à résoudre l'équation :

\frac{1}{3}\pi R²h=\pi R²h

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 12:58

R du cone est une fonction de h (trigo dans le triangle rectangle ABC)
R du cylindre est la constante 2 (rayon 2cm dans l'énoncé)

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:19

donc CAB = 60/2 = 30
et donc R = \frac{1}{2} ou \frac{\sqrt{3}}{2}?

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:25

R dépend de h
BC = AB tan(CAB)

R = h tan(30°) = ...
(tableau des valeurs remarquables ou le redémontrer par Pythagore car triangle ACD équilatéral (60° !) donne BC = AC/2 etc ...

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:35

ben si on exprime 30° en radian on a \frac{\pi}{6}
Mais après je n'ai pas encore appris avec les tan, j'ai vu que sin et cos dans le tableau.

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:36

On a :  \frac{\pi}{6} **

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:40

si tu connais sinus et cosinus, la tangente est le quotient des deux

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:45

Ce qui me donne \sqrt{3} Est-ce bon ?

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 13:56

quoi 3 ?? R ??? certainement pas !
R dépend de h

R = h tan(30°) (ou h tan(/6) si tu veux)

et de plus tangente c'est sinus/cosinus pas le contraire.

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 14:39

Je pense que avec Pythagore se sera plus simple car là je ne comprend pas beaucoup x)

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 14:54

que ne comprends tu pas ???

sinus(30°) = 1/2
cos(30°) = 3/2
donc tan(30°) = sin/cos = (1/2)/(3/2) et tu simplifies cette fraction
(règle : le quotient de deux fractions etc , vue en 5ème il me semble)

et ne pas oublier que ce qui t'interesse c'est R
a moins d'être un peu nunu, que ce rayon dépende de la hauteur est une évidence
donc dans "R= ... " il reste la hauteur h quelque part, forcément !!
ce qui est le résultat direct de :
BC = BH tan(30°) (trigo vue depuis la 2nde au moins, les tangentes)
R = h tan(30°) = h ...

toutes ces explications sont amplement superflues "normalement", si tu écris simplement proprement ce que tu cherches et ce que tu calcules et pas en jetant juste des "3" en vrac au milieu de la feuille...

maintenant libre à toi de redémontrer par Pythagore que cos(30°) = 3/2 etc si ça te chante, mais à mon avis plus compliqué que faire un simple quotient de deux fractions que tu lis dans ton tableau de valeurs remarquables !!!
(il est d'ailleurs étrange que ce tableau ne donne pas la valeur de la tangente directement, mébon)

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 14:56

* lire BA au lieu de BH

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 16:27

Donc si je dois résumer un peu :

Pour avoir le rayon du cône on sait que \widehat{DAC} mesure 60° et que BA est la hauteur qui coupe CD en son milieu et donc l'angle \widehat{BAC}mesure 30°ou \frac{\pi}{6}. On sait aussi que le rayon dépend de h. tan=\frac{sin}{cos}

On calcule donc CB=BA*tan(\frac{\pi}{6})
<=> R=h*tan(\frac{\pi}{6})ce qui nous donne R=h*\frac{\frac{1}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}
R=h* \frac{1}{2}*\frac{2}{\sqrt{3}}
R=\frac{2}{\sqrt{3}}h

Donc ce qui nous donne pour l'équation :

\frac{1}{3}\pi \frac{1}{3}h² = 4\pi h

Est-ce que tout est bon jusqu'ici ? J'aurai besoin d'aide pour l'équation.

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 17:01

R = \frac{h}{\sqrt{3}} (faute de frappe ? le 2 intempestif disparait par la suite)
donc le volume c'est
V_{cone} = \frac{1}{3} \pi R^2 h = \frac{1}{3} \pi \left(\frac{h}{\sqrt{3}}\right)^2 h = ... pas ce que tu as écrit

pour résoudre l'équation rien de plus simple :
tu commences déja par simplifier par ! et éliminer les dénominateurs (en multipliant les deux membres)
tu mets tout du même côté et tu factorises ...
il y aura un facteur h évident ramenant l'équation aparemment du 3ème degré à une équation facile du second degré (penser à a² - b²)

la "solution" h = 0 en est bien une : si les deux récipients sont vides (h = 0) ils contiennent la même quantité de liquide (= 0) mébof
c'est l'autre solution > 0 qui est intéressante
la solution < 0 offre aussi peu d'intérêt que h = 0

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 17:50

Effectivement j'avais pas vu pour les 2

Vous pourriez me démarrer le détail de l'équation jusqu'à la simplification par \pi car je ne vois pas comment faire.


PS: Merci beaucoup pour votre aide et votre patience, je vois que vous vous occupez aussi de mon autre exo, désolé si je vous donne du fil à retordre

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 18:12

????
l'équation tu l'avais presque écrite à part l'erreur d'étouderie h² multiplié par h ça fait h3 (tu avais oublié un facteur h, oublié de simplement le recopier. il faut avoir la tête à ce qu'on fait, pas se disperser sur plusieurs trucs en même temps.

la suite est du calcul élémentaire !!!

dans un produit on peut changer l'ordre des termes
1/3 1/3 c'est pareil que 1/3 1/3
quand tu as A = B
c'est trivialement équivallent à A = B
de même 1/3 multiplié par 1/3 ça fait 1/9
et 1/9 A = B
est équivallent à
A = 9 B
etc etc ...

faut pas pousser !

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 18:34

Donc :

\frac{1}{3}\pi \frac{h^3}{3}=4\pi h
 \\ 
 \\ \frac{h^3}{3}=4h

Je bloque ici enfaîte.

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 18:51

tu bloques même avant parce que 1/3 multiplié par 1/3 ça fait 1/9, pas 1/3

bon.
h3/9 = 4h
tu multiplies par 9 ai-je dit (relis mon post précédent)
h3 = 36h
tu passes tout du même côté
h3 - 36h = 0
tu factorises
déja le facteur h évident
puis la suite est tout aussi facile (identité remarquable, 36 = 6² pour qui connait encore ses tables de multiplications)

tu aboutis à une "équation produit nul" et ses trois solutions dont une seule nous intéresse.

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 19:02

Oui la suite je comprend, mais c'est le fait qu'il y ai une multiplication de 1/3 par 1/3 que je ne comprend pas sachant que (\frac{h}{\sqrt{3}})²=\frac{h²}{3} nan ?

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 20:04

oui et 1/3 de ça ça fait 1/3 multiplié par 1/3 c'est niveau collège les produits de fractions.

tu l'as toi même écrit là :

Citation :
\frac{1}{3}\pi \frac{1}{3}h² = 4\pi h
la seule ereur est que tu avais oublié de multiplier par la hauteur h et donc un h3 au lieu de ton h2 mais le reste était bon.

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 20:22

Donc

\frac{1}{3}\pi \frac{1}{3}h^3=4\pi h
 \\ 
 \\ \frac{h^3}{9}=4h
 \\ 
 \\ h^3=36h
 \\ h^3-36h=0
 \\ h(h²-36)=0
 \\ 
 \\ h=0
 \\ ou
 \\ h²=36
 \\ h=6
 \\

Donc il faut 6 cm de hauteur de liquide dans chaque verre pour que cela représente le même volume.

J'espère qu'il n'y a pas de fautes xD

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 20:38

heureusement qu'on ne cherche que les solutions > 0

sinon l'équation a bien 3 solutions
h = 0, h = 6 et h = -6

la factorisation attendue était
h(h+6)(h-6) = 0, équation produit nul et les trois solutions
(comme il se doit, une équation du 3ème degré 3 solutions, au plus dans R)
bon ça ne change pas grand chose puisque une hauteur < 0 ça ne veut rien dire
donc cette solution h = -6 est tout aussi à éliminer que la solution h = 0

Posté par
Bloudon
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 20:46

J'ai jamais vu les équation du 3ème degré avec 3 solutions çà doit être pour çà.

Bon ben on est enfin arriver à la fin ^^

Si il y a un problème sur ma copie quand je rédigerai je vous le dirai.

En tous cas merci beaucoup pour votre aide et votre patience c'est vraiment sympa

Posté par
mathafou Moderateur
re : [DM] Verre à forme conique et verre à forme cylindrique 26-04-14 à 20:56

certes, mais tu as vu les équations produit nul et les identités remarquables

et tu sais aussi que le raccourci sans factorisation pour résoudre x² = a² n'est pas x = a, mais x = \red \pm a (deux solutions et pas une seule)



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