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Niveau énigmes
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problème d'échelle contre un mur +

Posté par
LMathador
14-02-16 à 13:53

Voici un petit problème très simple, en apparence...

Une échelle de longueur L, placée contre un mur vertical,  s'appuie en A au sol, en C contre le mur et en B sur l'arête d'un parallélépipède de profondeur a = 1m et de hauteur h.
Le point C est situé à la hauteur H = 2m au dessus du sol (horizontal). La distance AB =a = 1m.
Quelle est la longueur de l'échelle?

Remarque: plusieurs approches conduisent à une équation du 4ème degré... Il existe cependant une solution "simple et élégante"; bon courage   

Posté par
luzak
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 15:33

Bonjour !
Je connaissais le problème avec h=a et la distance AB non donnée.

Il me semble qu'on ne peut pas calculer L sans connaître h .

 Cliquez pour afficher

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 15:50

Bah, deux équations, deux inconnues : Lh=2, L^2-2L+4h-h^2=4 (si je comprends bien l'énoncé qui est un peu imprécis)

Posté par
carita
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 16:09

bonjour

 Cliquez pour afficher

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 16:18

bonjour : )

Exactement même principe que DM approndissement

Thalès donne L = 2*a/h

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 16:24

mdr_non @ 14-02-2016 à 16:18

Thalès donne L = 2*a/h


Ca, tout le monde l'avait vu. What else ?

Posté par
carita
re : problème d'échelle contre un mur + 14-02-16 à 19:55

on a droit à un petit coup de pouce pour faire avancer le schmilblick  ?

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 10:13

Vu que l'équation de degré 4 en question est irréductible sur \Q et a un groupe de Galois égal à S_4, je me demande bien quelle est "l'astuce" qui va tout simplifier !

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 12:49

@ Recomic35
Ton profil indique que tu t'es incrit il y a un mois mais je pense que je te connais, je suis sûr de t'avoir déjà rencontré avant le 17 janvier sur ce forum même. ?

Posté par
LMathador
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 13:37

J'aurais bien accompagné l'énoncé d'un petit schéma, mais j'ai posté depuis une tablette... J'ai fait un schéma "à la main" que je joints.
Quant à l'astuce, voila "un bon bail" que je la cherche, le pb m'ayant été posé par mon très brillant et vénéré professeur de mathématiques de terminale (C à l'époque) qui nous avait indiqué qu'il existait une méthode élégante ET accessible à notre niveau (donc sans Ferrari - Cardano).
Je voulais juste partager avec vous mon "angoisse existentielle"

problème d\'échelle contre un mur +

Posté par
LMathador
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 13:50

(sans Ferrari - Cardano)... quant à l'irréductibilité de l'équation sur et le groupe de Galois...

Je n'avais précisé que "solution simple et élégante", ce qui, pour lui, signifiait beaucoup.

J'ai tenté 4 approches différentes (dont une suite géométrique de somme convergeant vers L) menant toutes vers une équation de degré 4...

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 14:08

L'histoire de l'irréductibilité sur \Q et du groupe de Galois égal à S_4 tout entier ne sont pas des arguments de résolution. Ce sont des arguments qui montrent que ton prof t'a fait une bonne blague (peut-être involontairement). Ou alors que l'énoncé n'est pas le bon.

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 14:17

Si ton énoncé était de donner la valeur maximale pour L alors le problème se simplifie et effectivement pas besoin de degré 4.

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 14:37

mdr_non @ 15-02-2016 à 14:17

la valeur maximale pour L

Si on fixe a et H comme dans le message initial, il y a une seule valeur possible pour L.
Alors, qu'est-ce que tu ferais varier, qu'est-ce qui serait fixe ?

Posté par
dpi
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 16:23

Bonjour

On doit considérer l'angle C

 Cliquez pour afficher

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 16:37

Citation :
Alors, qu'est-ce que tu ferais varier, qu'est-ce qui serait fixe ?
Si AB n'était pas fixé à a et H à 2, et si h était variable.

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 16:43

Non, dpi.

problème d\'échelle contre un mur +

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 16:52

mdr_non @ 15-02-2016 à 16:37

Si AB n'était pas fixé à a et H à 2, et si h était variable.

Si je te comprends bien, on aurait juste comme conditions imposées :
- la première coordonnée de B est fixée à a=1.
- A est sur le demi-axe des x positifs.
- C est sur le demi-axe des y positifs.
- A,B,C sont alignés.
Alors L peut être aussi grand qu'on veut.

Posté par
LMathador
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 20:30

@Recomic35
"Le" connaissant, ça m'étonnerai...

AB = 1m

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 20:55

LMathador @ 15-02-2016 à 20:30

@Recomic35
"Le" connaissant, ça m'étonnerai...

Et pourtant ...
Citation :
AB = 1m

Oui, tu l'as déjà écrit.

Posté par
TheMathHatter
re : problème d'échelle contre un mur + 15-02-16 à 23:24

Bonjour,

Cela ressemble a un vieux probleme chinois que j'ai deja rencontre, extrait du livre "Jiu Zhang Suan Shu" ou "Les 9 chapitres" en francais. Je sais que la plupart des solutions sont astucieuses et "elegantes" parfois avec des puzzles.

Je fouille mon bouquin et je vous l'envoie si c'est le bon

Posté par
TheMathHatter
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 00:26

Bon je l'ai retrouve (probleme 9.14) mais c'etait un carre au lieu d'un rectangle.

Sinon une autre piste :

N'y aurait-il pas moyen de trouver une equation plus simple en prenant une autre inconnue telle que h/L ou bien h/(L-1) ?

J'imagine que le truc sur Galois de Recomic rend cela impossible egalement ?

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 01:55

Après "astuce", il vient aisément :

problème d\'échelle contre un mur +

Qui vaut approximativement la valeur indiquée par recomic35   (2,581545958).

Posté par
TheMathHatter
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 02:45

Posté par
dpi
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 08:43

Bravo à TheMathHatter

Ma démarche sur \hat{C}
cosC=h=2/L
2-cosC=sinC/cosC
L²=4+(sinC+1)²
Je trouve \hat{C}=39.2195°
Et (sans l'erreur constatée par Recomic35) L=2.5815 m

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 09:58

@ Le Dino : en quoi ta formule diffère de la bête application, sans astuce, des formules de Ferrari à l'équation L^4-2L^3-4L^2+8L-4=0 ?
@ dpi : en quoi ton calcul diffère-t-il de la résolution d'une équation du 4e degré ?

L'argument sur le groupe de Galois montre qu'on ne peut pas décomposer la résolution en étapes plus simples que pour la résolution de l'équation générale du 4e degré.

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:10

@TheMathHatter:

J'ai simplement dropé l'équation   L^4-2L^3-4L^2+8L-4=0   dans Wolfram Alpha ...

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:15

Bon, c'est la réponse à ma question.
Il est bien établi qu'aucune astuce ne permet d'échapper à l'équation du 4e degré dans le problème de LMathador.

Posté par
dpi
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:21

Mauvaise lecture sur  l'auteur  du calcul...
Bravo à leDino pour son courage  en latex
Pour ma part j'essaye toujours de rester concret  et L trouvé me suffit.

Posté par
luzak
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:22

Bonjour !
Au risque de "polluer" le sujet je signale qu'il y a une solution simple(?) et élégante (?) pour le problème suivant :

 Cliquez pour afficher

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:30

@dpi : tu n'expliques toujours pas le calcul que tu as fait. D'où sors-tu la valeur de L (que tu avais trouvé fausse dans un premier temps et que tu corriges sans beaucoup plus d'explications ?
La valeur que j'ai donnée vient tout simplement de la résolution numérique de l'équation du 4e degré (confiée à un logiciel).

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:37

Recomic35 @ 15-02-2016 à 16:52

mdr_non @ 15-02-2016 à 16:37

Si AB n'était pas fixé à a et H à 2, et si h était variable.

Si je te comprends bien, on aurait juste comme conditions imposées :
- la première coordonnée de B est fixée à a=1.
- A est sur le demi-axe des x positifs.
- C est sur le demi-axe des y positifs.
- A,B,C sont alignés.
Alors L peut être aussi grand qu'on veut.

Oui,
Si AB n'était pas fixé à a et H à 2, et si H était variable (h fixe).

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:45

Attends, mdr_non, peux-tu expliquer plus clairement ce que tu as en tête, parce que là on ne s'y retrouve plus du tout.

Posté par
Imod
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 10:45

Bonjour

Je suppose que si on dit que l'échelle est 1/25 on se fait sortir à coup de pieds aux fesses

Imod

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 11:11

Citation :
Bravo à leDino pour son courage  en latex
Merci dpi, mais je n'ai nullement entamé mon stock de courage : j'ai juste fait une copie graphique de la réponse fournie par Wolfram ...

@Luzak : c'est aussi sous cette forme qu'on m'a présenté le problème de l'échelle (sur un cube) quand j'étais jeune...

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 11:17

problème d\'échelle contre un mur +

Avec les seules données de h et a. On chercherait L la plus petite possible.

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 11:19

Et non la plus grande comme j'avais écrit plus haut.

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 11:19

Citation :
@ Le Dino : en quoi ta formule diffère de la bête application, sans astuce, des formules de Ferrari
Absolument en rien .
"L'astuce" ici consistait simplement à laisser faire le travail par un autre (Wolfram).
C'était du second degré...

Et au passage, on voit que le logiciel de calcul formel ne trouve pas d'expression simple de L par Ferrari...
Mais ça tu le savais déjà...

Posté par
LMathador
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 12:23

@mdr_non
Sur ton dernier schéma, il manque une donnée...
Si ta variable est h, la plus petite valeur de L =( H2 + a2 )1/2
On cherche h tel que AB=a
Une fois h trouvé, L vient aisément.

Posté par
LMathador
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 12:28

@tout le monde
Allez, je vais faire mon vieux c.. :
"l'intérêt n'est-il pas de chercher et de résoudre le problème "à la main" sans passer par un logiciel de calcul formel?"

Posté par
mdr_non
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 12:31

@ LMathador
En fait mon schéma est détaché de ton problème initial. C'est un autre problème (problème d'échelle) avec les seules données de a et h.

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 12:34

Citation :
Allez, je vais faire mon vieux c.. :
Tentative réussie ...

Citation :
sans passer par un logiciel de calcul formel?"
J'ai eu recours au logiciel de calcul formel simplement pour illustrer ce que dit recomic35 depuis le début à savoir qu'il n'y a manifestement pas de solution "élégante" à ton problème.

Citation :
... l'intérêt n'est-il pas de chercher et de résoudre le problème "à la main"
Sans aucun doute.
Nous attendons tes propositions ...

Posté par
dpi
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:00

>Recomix35

Ayant eu des  responsabilités "concrètes" ,et un niveau moyen en maths,
j'ai toujours essayé dans ma vie de trouver des réponses en utilisant mes
ressources.
Ainsi je suis parti  de la trigo de \hat{C}
sur un tableur et extrapolé les valeurs
qui me  donnaient L  que je comparais à L² de Pythagore.
Ce n'est pas très glorieux mais...........

problème d\'échelle contre un mur +

Posté par
Recomic35
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:20

Tu devrais te familiariser avec des logiciels comme Xcas ou Sagemath (tous deux libres et gratuits). C'est tout de même nettement mieux qu'un tableur pour résoudre des équations.

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:21

Un avatar de GBZM ?

Welcome back s'il s'agit de toi...

Posté par
carita
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:29

bonsoir à tous
qq pages noircies plus tard...  j'arrive - entre bcp d'autres choses -  au système :

L = \frac{1}{cos(a)} + 1  
L = \frac{2}{sin(a)}  

a est l'angle en A

par géogébra, j'ai bien trouvé les valeurs pour h et L, a, etc.
... mais par le calcul, il reste à résoudre :

 \dfrac{1}{cos(a)} + 1  =  \dfrac{2}{sin(a)}  

y a t-il un moyen simple avec des formules de trigo (niveau lycée)?  :/

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:43

En posant par exemple :   t = tan( a/2 )
... tu dois aboutir à une équation du quatrième degré en  t  (logiquement).

Posté par
carita
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 18:47

oui j'ai exploité cette piste, mais de degré 4... je reviens au départ :s

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 19:01

Cela conduit à  t^4 + 2t -1 = 0  dont l'unique racine réelle positive vaut approximativement   T ~  0,474626617
.

D'où ensuite :  L = 2/sin(2.atan(T)) ~ 2,58154596

Donc tes calculs sont manifestement corrects.
Si tu trouves une expression exact de T pas trop compliquée, ce sera un authentique progrès !

Posté par
LeDino
re : problème d'échelle contre un mur + 16-02-16 à 19:04

Citation :
oui j'ai exploité cette piste, mais de degré 4... je reviens au départ :s
C'était prévu par recomic35 ...

Pour information, malgré la simplicité apparente de cette forme de l'équation, le calculateur formel produit une racine encore plus horrible que la précédente...

Je n'ai même pas le courage de la copier ici, il faudrait un artiste du copier/coller à rallonge ...

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