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Les lunules d'Hippocrate

Posté par
doudouy1
12-11-23 à 22:41

Bonjour/Bonsoir,
J'ai un DM à rendre pour ce mercredi et j'ai cherché la première solution mais je ne suis pas sûre pour pouvoir continuer.

Soient un demi-cercle & de centre 0, de diamètre (AB), avec AB = 8 cm et M un point mobile sur le segment (AB). On construit les deux demi-disques 9, et 9, de diametre AMI et (MB). On pose x = AM.

1) Déterminer l'expression de l'aire de la surface rose en fonction de la position du point M.

2) Compléter la fonction suivante écrite en langage Python afin qu'elle détermine la position du point M pour laquelle l'aire de la surface rose est égale à la moitié de l'aire du demi-disque de diamètre (AB).

3) Existe-t-il une position du point M pour laquelle l'aire de la surface rose est égale à trois quarts de l'aire du demi-disque de diamètre lAB]?

4) Retrouver ces résultats par le calcul.

Ma réponse :

1) On pose AM=x et BM= 8-x
Aire du demi-cercle rose = 8п
Aire du demi-cercle AM = (nx^2)/8
Aire du demi-cercle BM = (п(8-×^2)^2)/8

Soit Aire surface rose :
A = 8 - ((( * x^2)/8) + (( * (8-x^2))/8)
A = 8 - (x^2 + 64 - 16 + x^2)/8
A = 64/8 - 64 - 16 + 2x^2)/8
A = (16x - 2x^2)/8
A = (x(8-x))/8

Je ne suis vraiment pas douée pour python dons je n'ai aucune idée pour la réponse suivante.

Les lunules d\'Hippocrate

Les lunules d\'Hippocrate

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 09:27

Bonjour,
Le programme détermine la position du point M pour laquelle l'aire de la surface rose est égale à la moitié de l'aire du demi-disque de diamètre (AB).
La position du point M est déterminée par la valeur de x qui peut prendre toutes les valeurs réelles entre 0 et 8.
On donne à x des valeurs croissantes de 0 à 8 avec un pas de 0,1.
Pour chacune de ces valeurs : 0,1, 0,2 ..... 7,8, 7,9 8, on regarde si l'aire de la surface rose est égale (!=) à la moitié de l'aire du demi-disque de diamètre (AB).
Avant de te lancer dans PYTHON, tu peux essayer avec ta calculatrice (ou GEOGEBRA) de regarder comment varie l'aire de la partie rose quand x varie de 0 à 8.

Posté par
tetras
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 10:54

bonjour
@Zedmat : est ce que tu confirmes le résultat de doudouy1 pour le calcul de l'aire du demi disque de diamètre MB et de rayon \frac{8-x}{2}

Posté par
sanantonio312
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 11:19

Bonjour à tous,
juste une remarque: En Python, "!=" correspond à "différent de"

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 11:32

Bonjour,
Merci sanantonio312 pour votre remarque.
Et merci aussi ZEDMAT. J'ai essayé une solution mais je trouve un problème sur la ligne 6 qui est pourtant déjà écrite dans l'énoncé. Pourriez vous me dire la chose qui ne va pas ?

1 from math import pi
2 def lunule():
3          ×=0
4          a=0
5          while a!=4×pi
6                       x=X+0.1
7                       a=(pi*x(8-x))/8
8          return x

Posté par
Leile
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 11:38

bonjour,
en attendant le retour de ZEDMAT :

tetras  :   il y a une petite erreur dans ce calcul, en effet (en dehors  des fautes de frappes).

doudouy1

as tu mis    :    à la fin du while ?
nb : attention, ta fonction n'est pas exactement la bonne.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 12:43

De retour du marché
Merci à vous tous d'avoir pris le relai.
Je n'avais pas vérifié le calcul de A (juste un coup d'œil pour 0 et 8 qui ne m'a pas permis de déceler la petite erreur ).

@ doudouy1
As tu trouvé ton erreur de calcul ?
Est-ce que ton programme tourne ?

Un conseil : fais un "copier/coller" du programme que tu as saisi (c'est du texte !) et colle le dans ton message sur l'île aux maths.
Si en plus, tu le colles entre les balises  obtenues avec l'outil </>", c'est super...
Ainsi tu n'as pas à le retaper dans ton message et nous, on peut le récupérer pour le tester. Essaye.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 12:53

Bonjour à tous

dès le départ on demande l'aire rose, pas l'aire mauve !

Les lunules d\'Hippocrate

ou alors les couleurs de la figure ne sont pas bonnes.

par ailleurs un programme qui fait des calculs sur des nombres "réels" et avec un test d'(in)égalité ... ?!
je m'insurge car les calculs de nombres "réels" en machine sont forcément des approximations !

de plus : et si il ne trouve jamais de valeur égale (exactement égale, pas juste à peu près égale) il va boucler jusqu'à la fin des temps sans rien dire ??

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 15:02

@mathafou
Pour ce qui est des couleurs, mieux vaut faire confiance aux bons yeux de Doudouy1...

J'ai cherché les lunules du titre (des vraies pas des demi-cercles) et ne les ai point vues dans la figure fournie... alors là encore le choix de Doudouy1 est a priori le bon.

J'espère que Doudouy1 va revenir.  

Mathafou, comment fais-tu pour insérer ton image au milieu du message ?

Les lunules d\'Hippocrate

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 16:41

Merci beaucoup pour toutes vos réponses !
Je viens d'avoir un cours de maths et j'a réussi (normalement) a corriger la plupart de mes erreurs.
Ps : la partie "mauve" est bien la partie rose à trouver .

1. On pose AM=x et BM= 8-x
Aire du demi-cercle rose = 8п
Aire du demi-cercle AM = ((x^2)/8)*
Aire du demi-cercle BM = ((1/8)x^2)-2x + 8

Soit Aire de la surface rose :
A=8-((x^2/8)+((1/8)x^2)-2x+8
A=-(x^2/8)-(1/8)x^2+2x
A=(x^2/8)-(x^2/8)+2x
A=((-2x^2)/8)+2x
A=((-x^2)/4)+2x

MAIS je dois trouver (()/4)x^2+2x pour que le programme fonctionne.

2.
from math import pi
def lunule():
    x=0
    a=0
    while a!=4*pi:
        x=x+0.1
        a=(pi/4)*x^2+2*pi*x
    return x

3.
from math import pi
def lunule():
    x=0
    a=0
    while a!=6*pi:
        x=x+0.1
        a=(pi/4)*x^2+2*pi*x
    return x

4. Je cherche à résoudre mon problème de l'exerxie 1 pour commencer

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:01

Citation :
Aire du demi-cercle BM = ((1/8)x^2)-2x + 8

Celui là pose toujours problème...
Décompose ton calcul.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:09

Désolé... cette aire est exacte
Je réponds trop vite et vérifie après.... pas bien cela.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:17

L'aire de la lunule est bonne.
Je l'écrirais plus volontiers sous cette forme (en ordonnant les termes)
A=((-x^2)/4)+2x
A= 2x - (/4)*x²

Posté par
mathafou Moderateur
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:19

je confirme
A=((-x^2)/4)+2x est exact

on peut aussi écrire
A = A = (x(8-x))/4
A = (x(8-x))/4 (edit mauvais copier coller)
l'erreur initiale était ce facteur 4 qui était un 8 à tort

2) MAIS je dois trouver (()/4)x^2+2x pour que le programme fonctionne.
ah bon ? pourquoi "je dois trouver" ??
non
tu dois mettre la formule que tu as trouvée dans la partie 1

...
        a= - (pi/4)*x**2+2*pi*x

nota : en python "au carré" ne s'écrit pas ^2 mais **2

nota : on peut tout aussi bien écrire

a=(pi*x*(8-x))/4
sans publier la multiplication explicite * car x(8-x) est une erreur de syntaxe

il fonctionne très bien mais ce programme ne fait que définir la fonction lunule()

pour exécuter cette fonction il faut invoquer cette fonction
par exemple une fois le "programme" lancé, taper en ligne de commande :
*** Console de processus distant Réinitialisée ***
>>> lunule()
et il affiche le résultat

ou par un print(lunule()) ajouté dans le programme tout à la fin :
from math import pi
def lunule():
    x=0
    a=0
    while a!=4*pi:
        x=x+0.1
        a=-(pi/4)*x**2+2*pi*x
    return x

print(lunule())



3)
Citation :
de plus : et si il ne trouve jamais de valeur égale (exactement égale, pas juste à peu près égale) il va boucler jusqu'à la fin des temps sans rien dire ??

correct pourrait être de limiter la valeur de x à x < 8
ou mieux de justifier par le raisonnement

@ZEDMAT
pour mettre une image dans le texte même là où on veut
placer le curseur texte (le | clignotant) là ou on veut dans le texte
et cliquer sur la vignette
ceci insère une balise img1 dans le texte là ou sera mise l'image
sinon (sans balise img explicite) il la met à la fin.
et avec plusieurs images on aura les balises img1, img2 etc

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:20

Une factorisation par (/4)*x met en évidence les valeurs de x qui annulent A à savoir 0 et 8

Posté par
mathafou Moderateur
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:24

messages croisés, je te laisse poursuivre.

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:29

Ce n'est pas grave, merci tout de même ! Mais je cherche toujours une solution pour trouver :
A=(()/4)x^2+2x

Pour le dernier exercice, mes résultats sont cohérents avec les programmes mais seulement avec cette formule ci-dessus.

Pour 1/2:
(()/4)x^2+2x = (1/2)*8
(()/4)x^2+2x=4
(()/4)x^2+2x+4=0

delta = b^2-4ac
delta = ((2)^2)-4*(/4)*4
delta = 4-4

delta = 0 donc il y a une solution -b/2a =-2/2*(/4) = -4
Donc S={-4}

Ne devrais je pas trouver 4 ?

Pour 3/4 :
J'ai fais la même chose mais delta est négatif donc pas de solution comme sur python.

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:31

Je tiens à préciser que lorsque j'ai publié le message d'avant je n'avais pas vu vos réponses donc certaines ont peut être étaient répondues.

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 18:38

Erreur de ma part, la formule que j'ai trouvé fonctionne sur python mais ne m'arrange pas pour résoudre le dernier exercice, je ne sais pas comment procéder.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 19:03

Citation :
A=((-x^2)/4)+2x

MAIS je dois trouver (()/4)x^2+2x pour que le programme fonctionne.

La première expression est exacte mais la seconde ne lui est pas égale. D'accord ?

Citation :
Erreur de ma part, la formule que j'ai trouvée fonctionne sur python

Heureusement.

Quelle valeur de x te renvoie ton programme (question 2) ?
Le calcul (question 4) doit bien sûr te donner le même résultat.
As tu obtenu cela ?

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 19:12

Mon programme me renvoie 4 pour la question 2) et rien pour la question 3) (c'est normal).
Je trouve dans la question 4) -4 et rien pour l'autre. Seulement j'ai réussi à trouver cela qu'avec la formule
(()/4)x^2+2x

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 19:23

Citation :
(()/4)x^2+2x

Mets cette formule à la poubelle puisqu'elle est fausse. D'ailleurs elle te mène à un résultat FAUX (ce -4 incompatible avec le 4 donné par le programme).

Prends la BONNE formule et refais ton calcul... il n'y a aucun piège.

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 19:31

Ah mince...
Mais je ne comprends pas alors comment procéder. Je vais essayer de trouver la solution. Merci beaucoup de m'aider !

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 19:45

Citation :
comment procéder


Même méthode que celle que tu as employée avec la formule fausse mais en prenant la bonne formule ! La démarche est la même.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:01

Citation :
Pour 1/2:
-(()/4)x^2+2x = (1/2)*8
-(()/4)x^2+2x=4
-(()/4)x^2+2x+4=0


Dans la bonne expression de A, il y aun signe - devant le terme en x². J'ai remis en vert les signes moins manquants dans ton calcul.
Je te laisse CORRIGER le signe que j'ai mis en rouge dans ton calcul... Tu vas voir comme après, c'est facile.

Courage tu y es presque.

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:14

L'écriture des formules au clavier n'est pas toujours simple et rend la lecture mal aisée . D'où l'intérêt de Latex
On peut quand même "simplifier" certaines de TES écritures :
-(()/4)x^2 est plus lisible ainsi :
   - (/4) x²
Pour mettre l'exposant 2, tu peux utiliser la touche de ton clavier d'ordinateur qui est marquée 2 en haut à gauche. Ou mieux tu utilises l'outil marqué x² sous la fenêtre où tu écris
x2     am+p
m3

Les lunules d\'Hippocrate

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:17

-\dfrac{\pi }{4}x^2
avec Latex...

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:17

En effet, merci beaucoup pour votre correction et vos encouragements !!!
Cependant, je ne comprends pas comment utiliser de la même manière ((-x^2)/4)+2x car cela ne ne répond pas à ax^2+bx+c où du moins je n'arrive pas à modifier l'expression.

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:19

Merci pour ce conseille, je suis nouvelle sur ce site. J'apprends encore !

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 20:56

Citation :
-(()/4)x^2+2x-4=0

Ceci est une belle équation du second degré (ax²+bx+c = 0).
Tu te noies dans un verre d'eau à cause de ...
Ce est un nombre tout simplement.
Quand on écrit :
- (/4) x² ce monôme est de la forme ax² avec a =  - (/4) comme coefficient de x².

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 21:11

J'ai finalement trouvé !!!!!
J'avoue ne pas avoir la motivation d'écrire mon calcul numériquement mais je trouve bien 4 en résulat. Il suffisait de multiplier par -4. C'était tout bête je ne comprends pas comment j'ai pu bloquer.
En tout cas merci beaucoup pour votre aide, vous m'avez énormément guidé !

Posté par
doudouy1
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 21:12

J'avoue ne pas avoir regardé votre message car je venais à peine de trouver mon résultat. Cela reste juste ?

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 13-11-23 à 21:56

Pour le plaisir :

Les lunules d\'Hippocrate

Posté par
mathafou Moderateur
re : Les lunules d'Hippocrate 14-11-23 à 11:05

maintenant que l'exo est terminé il y a encore beaucoup à dire dessus !
tout d'abord le titre :
il ne s'agit pas des lunules d'Hippocrate, mais de l'arbelos
(chercher sur le net pour avoir des détails historiques sur Hippocrate, Archimède etc)
bon, pas grave.

plus gênant est la conception défectueuse du programme
déja lors d'une impossibilité (question 3), il ne dit rien en bouclant éternellement sans jamais s'arrêter
alors qu'il devrait dire "impossible"

ensuite même avec une valeur possible comme par exemple 1/3 de l'aire, il échoue de la même façon
en effet il va essayer les valeurs 0, 0.1, 0.2 ...... 1.6, 1.7, ... 7.9, 8.0, 8.1 etc jusqu'à l'infini

et ne trouvera jamais (et pour cause) la valeur de 1.69059892... (exactement 4 - \dfrac{4\sqrt{3}}{3})

un programme correct pourrait être :
(test d'égalités impossible avec des nombres "réels")

from math import pi
def lunule():
    x=0
    a=0
    while a < 8*pi/3 and x < 8 :
        x=x+0.1
        a=-(pi/4)*x**2+2*pi*x
    if x<8 :
        return x # valeur approchée par excès à 0.1 près
    else :
        return "impossible"

print(lunule())


ou mieux : éliminer les pi inutiles car l'équation à résoudre après simplification par pi est

-\dfrac{1}{4}x^2 + 2x = 8k
avec k = 1/2, 3/4 etc

et tant qu'à faire mettre k en paramètre :

# k = fraction de l'aire du demi disque
def lunule(k):
    x=0
    a=0
    while a < 8*k and x < 8 :
        x=x+0.001 # tant qu'à faire
        a=-x**2/4+2*x
    if x<8 :
        return round(x,4) # approximation, sans décimales inutiles
    else :
        return "impossible"

print("aire moitié, x =",lunule(1/2))
print("aire 3/4, x =",lunule(3/4))
print("aire 1/3, x =",lunule(1/3))

résultat :
aire moitié, x = 4.0
aire 3/4, x = impossible
aire 1/3, x = 1.691

Posté par
ZEDMAT
re : Les lunules d'Hippocrate 14-11-23 à 16:20

A Doudouy1,
Si tu reviens consulter ce fil….
L'expression trouvée de l'aire en fonction de x de la partie rose (le couteau de savetier révélé par Mathafou ) est
Les lunules d\'Hippocrate

A= -\dfrac{\pi }{4}x^2+2\pi x
Cette expression est un polynôme du second degré (ax²+bx+c). L'as-tu « reconnu » ?

A= -\dfrac{\pi }{4}x^2+2\pi x
 \\ \\avec
 \\ \\a=-\dfrac{\pi }{4}
 \\ \\b=2 \pi
 \\ \\c = 0

Les lunules d\'Hippocrate

En mode Table, ta calculatrice te donnera les valeurs prises par cette fonction (prends x entre 0 et 8 avec un pas de 0,1) et en mode Graph tu verras la courbe représentative de ce polynôme du second degré (en Seconde tu as étudié cela : polynôme du second degré=> parabole).
De quoi VERIFIER ce qui a été démontré dans ton devoir.

à Mathafou, merci pour l'incrustation d'images...

Posté par
mathafou Moderateur
re : Les lunules d'Hippocrate 14-11-23 à 18:00

ce qu'il faut remarquer est que si on considère bien l'aire en fonction de x comme une fonction
cette fonction ax²+bx+c a été étudiée en cours dans sa généralité, comme dit ZEDMAT.
en particulier "on sait" qu'elle admet un maximum (car a <0)
et que ce maximum à lieu pour x = -b/(2a) = 4 et vaut 4pi
(cours sur les polynomes du second degré)

donc la question 3 se résout de façon instantanée :
6pi étant supérieur au maximum 4pi c'est impossible sans même chercher à utiliser un programme !


une interprétation géométrique
la fonction peut s'écrire sous forme factorisée (déja dit)

A = \dfrac{\pi}{4}x(8-x)
elle s'annule pour x = 0 et 8 et donc "on sait" que l'extrémum (le maximum) a lieu exactement au milieu (0+8)/2

l'interprétation géométrique est que A = \dfrac{\pi}{4}AM.MB (AM=x et MB = (8-x))

Les lunules d\'Hippocrate

or AM.MB= MP² (connu des anciens en seconde, désormais oublié des programmes),
se prouve facilement par les triangles semblables, ou au pire par Pythagore dans les trois triangles rectangles.
en d'autres termes :

 l'aire de l'arbelos (rose) est égale à l'aire du disque de diamètre MP 

dont il est "évident" qu'elle est maximale quand MP est maximal, c'est à dire quand M est en O ...



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