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Niveau Master
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Volume maximal d'un solide

Posté par
flo08
25-01-18 à 10:21

Bonjour,

Notre professeur de maths de l'ESPE nous a donné un problème à résoudre mais ne trouvant pas de solutions, je me permets de vous le partager.

"déterminer le volume maximal de 3 solides différents en sachant que l'aire du patron est inférieure ou égale à 6 dm^2".

J'étais partie sur un pavé droit mais trop compliqué puisque je me retrouve avec une équation à 3 inconnues: 2(lL*Lh*lh) =< 6

Puis j'ai essayé avec le cylindre mais c'est la même chose, une équation à 2 inconnues...
2(2piR^2)+h(2piR) =< 6

Je pensais fixer une inconnue mais le professeur nous a dit que ce n'était pas possible pour déterminer le volume maximal...

J'espère que quelqu'un pourra m'aider!

Merci d'avance !

Posté par
vham
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 10:54

Bonjour,

Posté par
vham
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 10:58

Bonjour,

Peut-être un icosaèdre tronqué (ballon de football) dont les arêtes des pentagones et hexagones ont la même longueur peut vous inspirer...?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 11:01

Bonjour,
Deux remarques :
Je pense que pour le cylindre, c'est un problème connu qui donne le format des boîtes de conserve.
Si on cherche avec "=6" au lieu de "=<6" , il y aura une inconnue de moins.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 11:18

Ai-je bien compris l'énoncé ?
Faire trois fois ceci :
Choisir un type de solide puis chercher le volume maximum.

Posté par
flo08
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 13:05

Merci Vham,
avec l'icosaèdre j'ai réussi à trouver le volume maximal puisqu'il n'y a qu'une seule inconnue !
Mais avec le cylindre je ne vois pas comment faire puisque j'ai une équation à 2 inconnues...
Pour répondre à Sylvieg, merci pour votre conseil mais je ne vois pas en quoi cela retire une inconnue de mettre égal au lieu de inférieur ou égal...
Et oui, vous avez bien compris le problème !

Merci beaucoup pour vos réponses

Posté par
larrech
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 13:40

Bonjour,

Cela ressemble à un problème d'optimisation sous contrainte. Par exemple pour un cylindre droit de hauteur h à base circulaire de rayon R, maximiser V sous la contrainte 2{\pi}Rh\leq6. On commence à résoudre pour le cas où il y a égalité.
Après quoi, on discute, y aurait-il une superficie plus petite qui donnerait un volume plus grand ?

Mais bon...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:02

Bon, traduisons d'abord l'énoncé dans le cas général d'un solide.
Avec V son volume et S l'aire de son patron ( un employé solide avec un patron gentil )
On cherche V maximum avec S 6 .

Ensuite, dans le cas d'un cylindre de base circulaire,
on a S = 2rh + r2 et V = r2h .

Il semble évident que si S = 6-a avec a>0 ,
alors on obtient un volume supérieur avec la hauteur h+a/(2r) qui donne S = 6 .

Bref, dans ce cas, chercher avec S = 6 suffit.

Posté par
larrech
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:08

Honte à moi, je n'avais compté que l'aire latérale ! Merci pour ta discrétion Sylvieg

Posté par
carpediem
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:16

salut

Citation :
déterminer le volume maximal de 3 solides différents en sachant que l'aire du patron est inférieure ou égale à 6 dm^2
encore un énoncé ambigu !!

j'avais compris qu'il fallait trois solides dont la somme des aires des patrons est 6 ...

pour différent type de solides donner le volume maximal lorsque l'aire de son patron est inférieure à 6

la boule ne nécessite qu'une variable
le cylindre nécessite deux variables
le pavé nécessite trois variables ... généralisation au prisme droit (à base régulière pour simplifier évidemment)

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:23

Bonjour carpediem,
Si c'est une boule dans un magasin, le patron a intérêt à bien connaître ses rayons s'il ne veut pas se retrouver complétement à plat

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:34

Citation :
je ne vois pas en quoi cela retire une inconnue de mettre égal au lieu de inférieur ou égal...

Pour le cylindre, ça permet d'écrire 2rh + r2 = 6 .
Donc d'exprimer h en fonction de r .

Posté par
carpediem
re : Volume maximal d'un solide 25-01-18 à 14:53

Sylvieg :

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 26-01-18 à 07:25

Bonjour,
@flo08,
As-tu réussi à traiter le cylindre ?
Niveau master, disposes-tu de théorèmes sur les extrémums des fonctions de plusieurs variables ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Volume maximal d'un solide 26-01-18 à 18:20

Un petit quelque chose pour les cylindres de base quelconque (figure : ).
Ça peut être un prisme si la base est polygonale.

En notant S l'aire de la base, p le périmètre de la base, et h la hauteur du cylindre.
Le volume du solide est V = Sh . L'aire du patron est 2S + ph .

On cherche à maximiser V avec 2S + ph = 6 .
S = 3 - ph/2 et V = (3 - ph/2)h = 9/(2p) - (p/2)(h-3/p)2
Avec p fixé, on a V maximum pour h = 3/p . Ce volume maximum est égal à 9/(2p) .



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