2. Problème n°6 :

Le triangle ABC ci-dessous est rectangle en A. 

De plus AB=18 et AC=8.

On place les points D et E respectivement sur les segments [AC] et [AD] tels que AD=BE.

L’ objectif de ce problème est de déterminer la position du point D sur le segment [AC] pour que l’aire du triangle ADE soit égale à la moitié de l’aire du triangle ABC

Résolution géométrique à l’aide du logiciel Géogébra.

1. Construction de la figure avec Géogébra.

2. Réponse au problème posé avec Géogébra.

Résolution par lecture graphique d’une courbe obtenue à l’aide du logiciel Géogébra.

Comme l’aire du triangle ADE dépend de la distance AD, on va chercher comment cette aire s’exprime en fonction de la distance.

Ensuite on déterminera par lecture graphique l’antécédent de 36 ( la moitié de l’aire de ABC qui vaut 72).

Résolution algébrique du problème.

On note x la distance AD.

  1. A quel intervalle appartient le nombre x ?

2. Exprimer, en fonction de x, l’aire du triangle ADE que l’on notera f(x).

3. Le but de cette question est de résoudre l’équation -\frac{1}{2}x^2+9x=36

a. Faire tout passer à gauche pour que 0 apparaisse à droite.

b. Mettre -\frac{1}{2} en facteur dans le membre de gauche.

c. Développer (x-9)^2 puis en déduire que x^2-18x=(x-9)^2-81.

d. En remplaçant x^2-18x par(x-9)^2-81, l’équation devient -\frac{1}{2}((x-9)^2-81+72)=0. Finir alors la résolution de la nouvelle équation.

4. Répondre au problème posé.

1. Construction de la figure à l’aide du logiciel Géogébra.

Je place le point A dans le repère en cliquant gauche sur le deuxième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur point dans le menu déroulant, puis je clique gauche dans le repère pour placer A ( géogébra nomme les points par défaut : A, B, C , … dans l’ordre chronologique d’apparition ).

Je place le point B dans le repère en cliquant gauche sur le deuxième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur point dans le menu déroulant, puis je clique gauche dans le repère pour placer B ( géogébra nomme les points par défaut : A, B, C , … dans l’ordre chronologique d’apparition ). Comme AB=18, se déplacer horizontalement de 18 graduations vers la droite.

Je place le point C dans le repère en cliquant gauche sur le deuxième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur point dans le menu déroulant, puis je clique gauche dans le repère pour placer C ( géogébra nomme les points par défaut : A, B, C , … dans l’ordre chronologique d’apparition ). Comme AC=8, se déplacer verticalement de 8 graduations vers le haut.

Je place le point D sur le segment [AC]

Il faut d’abord tracer le segment [AC]

  1.Je trace le segment [AC] dans le repère en cliquant gauche sur le troisième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Segment dans le menu déroulant, puis je clique gauche dans le repère sur le point A puis sur le point C.

  2. Je place le point D sur le segment [AC]

On clique gauche sur le deuxième onglet en haut de la page en partant de la gauche et on  clique gauche sur point sur Objet dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère n’importe où sur le segment [AC] pour placer D ( géogébra nomme les points par défaut : A, B, C , … dans l’ordre chronologique d’apparition donc celui-ci est baptisé D).

Je place le point E sur le segment [AB]

  1. On trace le segment [AB] dans le repère en cliquant gauche sur le troisième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Segment dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le point A puis sur le point B.

  2. On trace le cercle de centre I et de rayon AD.

  • On mesure la distance AD en cliquant gauche sur le huitième onglet en haut de la page en partant de la gauche et on  clique gauche sur Distance ou longueur dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le point A et le point D. La distance AD=  s’affiche à l’écran.
  • On trace le cercle en  cliquant gauche sur le sixième onglet en haut de la page en partant de la gauche et on  clique gauche sur Cercle ( centre-rayon ) dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le point B ( le centre) et on saisit AD dans le cadre « rayon » qui est apparu à l’écran.

  3. On place le point E comme point d’intersection du segment [AB] et du cercle de centre B et de rayon AD en cliquant gauche sur le deuxième onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Intersection dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le segment [AB] puis sur le cercle.

 Je construis le triangle ABC.

On clique gauche sur le cinquième onglet en haut de la page en partant de la gauche et on  clique gauche sur Polygone  dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le point A puis sur le point B, puis sur le point C et à nouveau sur le point A.

 Je construis le triangle ADE.

On clique gauche sur le cinquième onglet en haut de la page en partant de la gauche et on  clique gauche sur Polygone  dans le menu déroulant, puis on clique gauche dans le repère sur le point A puis sur le point D, puis sur le point E et à nouveau sur le point A.

 Puis on fait le « ménage », c’est-à-dire que pour les objets inutiles : on clique droit sur l’objet et on décoche la case Afficher l’objet. Pour les étiquettes inutiles : on clique droit sur l’objet et on décoche la case Afficher l’étiquette

Je mesure l’aire du triangle ADE en cliquant gauche sur le huitième  onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Aire dans le menu déroulant. Puis je clique gauche dans le repère sur le triangle ADE, apparaît alors Aire de ADE=

Je mesure l’aire du triangle CAB en cliquant gauche sur le huitième  onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Aire dans le menu déroulant. Puis je clique gauche dans le repère sur le triangle CAB, apparaît alors Aire de CAB=72

Je déplace le point variable D en cliquant gauche sur le premier onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Déplacer dans le menu déroulant. Puis je clique gauche dans le repère sur le point D et je le déplace pour que l’aire de ADE soit la moitié de l’aire de CAB.

Je mesure la distance AD correspondant à la solution du problème en cliquant gauche sur le huitième  onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Distance ou Longueur dans le menu déroulant. Puis je clique gauche dans le repère sur le point A puis sur le point D, apparaît alors AD=6

Donc l’aire de ADE est la moitié de l’aire de CAB lorsque AD=6

 

Nous allons essayer de modéliser le problème en ajustant un nuage de points par la courbe d’une fonction.

On reprend le fichier géogébra précédent.

1.Capture des valeurs de la distance AD et de l’aire de ADE dans un tableur.

Je fais apparaître un tableur en cliquant gauche sur le dernier onglet en haut de la page en partant de la gauche (il est symbolisé par trois traits horizontaux) et en cliquant gauche sur Affichage dans le menu déroulant puis sur tableur.

Pour remplir la première colonne du tableur par des valeurs de AD, on clique gauche sur la cellule A1 puis on clique gauche sur AD=… dans le graphique et on clique sur Enregistrer dans tableur dans le menu déroulant.

Pour remplir la deuxième colonne du tableur par des valeurs de l’aire de ADE, on clique gauche sur la cellule B1 puis on clique gauche sur Aire de ADE=… dans le graphique et on clique sur Enregistrer dans tableur dans le menu déroulant.

On fait ensuite bouger le point D sur tout le segment [AC] en en cliquant gauche sur le premier onglet en haut de la page en partant de la gauche et en cliquant gauche sur Déplacer dans le menu déroulant. Puis dans le graphique on clique gauche sur le point D et on le déplace sur le segment [AC] en faisant deux, trois fois l’aller-retour. Le tableur se remplit tout seul.

2. Affichage du nuage de points

Pour afficher un nuage de points à partir d’un tableur, il faut :

  1. sélectionner les deux colonnes en même temps en cliquant sur le A en haut de la colonne puis sur le B sans relâcher la pression sur la souris ou le pavé tactile.
  2. Cliquer gauche sur le deuxième onglet en partant de la gauche en haut de la page et cliquer gauche sur Statistiques à deux variables
  3. Pour modifier les paramètres d’affichage du repère, on clique sur la roue crantée située en haut à gauche du nuage de points. Puis on clique gauche sur graphe situé en haut à gauche du nuage de points. Ensuite on coche Afficher grille et on décoche Dimensions automatiques. Il ne reste plus qu’à choisir ses propres valeurs ( prendre 1 pour le pas des valeurs de x et 2 pour le pas des valeurs de y. La lecture graphique de l’antécédent de 36 sera plus facile) 
  4. On obtient un nuage de points situé sur une parabole qui est la courbe d’une fonction du second degré ( on dit aussi fonction polynôme du second degré). On essaye de déterminer cette fonction  en cliquant droit sur Fonction polynôme dans le modèle déroulant situé dans la case sous modèle d’ajustement en bas à gauche du nuage de points et en cliquant .

Réponse au problème par lecture graphique.

Pour résoudre le problème, il ne reste plus qu’à déterminer graphiquement, à l’aide de la courbe rouge, l’antécédent de 36 qui semble être 5.

Comme le point D se trouve sur le segment [AC], la distance AD est comprise enre 0 et 8.

Donc x \in [0;8]

Pour exprimer l’aire du triangle rectangle ADE en fonction de x, on peut dire que ADE est un demi-rectangle donc l’aire f(x) vaut \frac{AD\times AE}{2}.

AD=x\\AE=AB-BE\\AE=18-x

Donc f(x)=\frac{x\times (18-x)}{2}\\\hspace{1.5cm}=\frac{18x-x^2}{2}\\\hspace{1.5cm}=\frac{18x}{2}-\frac{x}{2}\\\hspace{1.5cm}=-\frac{x}{2}+9x

-\frac{1}{2}x^2+9x=36

Dans cette équation du second degré, le 36 n’est pas à sa place. J’enlève 36 de chaque côté.

-\frac{1}{2}x^2+9x-36=0.

Factorisons -\frac{1}{2}x^{2}+9x-36 en mettant -\frac{1}{2} en facteur.

-\frac{1}{2}x^{2}={-\frac{1}{2}}\times{x^{2}}9x={-\frac{1}{2}}\times{(-18x)}36={-\frac{1}{2}}\times{(-72)}\\-\frac{1}{2}x^{2}+9x-36=-\frac{1}{2}(x^{2}+(-18x)-(-72))\\\hspace{2.6cm}=-\frac{1}{2}(x^{2}-18x+72)

J’écris a=x donc a^{2}=x^{2}

J’écris b=9 donc b^{2}=81

Je calcule 2ab en remplaçant a et b par leurs valeurs x et 9 .

2ab=2\times x\times 9=18x

Je remplace a , b , a^{2}, 2ab et b^{2} par leurs valeurs dans

(a-b)^{2}=a^{2}-2ab+b^{2}

C’est-à-dire:

(x-9)^{2}=x^{2}-18x+81

On peut l’écrire dans l’autre sens :

x^{2}-18x+81=(x-9)^{2}

Il ne reste plus qu’à enlever 81 de chaque côté.

x^{2}-18x=(x-9)^{2}-81

 

 

On veut résoudre -\frac{1}{2}((x-9)^2-81+72)=0 

On réduit d’abord -81+72

On veut résoudre -\frac{1}{2}((x-9)^2-9)=0 

Le membre de gauche est un produit de deux facteurs. -\frac{1}{2} ne peut pas s’annuler donc c’est le deuxième facteur (x-9)^2-9  va s’annuler .

Comme -\frac{1}{2} \ne 0  On va résoudre (x-9)^2-9=0 

 Je factorise le membre de gauche.

a. Il n’y a pas de facteur commun.

b. J’utilise l’identité remarquable a^{2}-b^{2}=(a-b)(a+b) pour factoriser (x-9)^{2}-9

a^{2}=(x-9)^2\hspace{2cm}a=x-9

b^{2}=9\hspace{3.2cm}b=3

Je remplace a et b par (x-9) et 3 dans a^{2}-b^{2}=(a-b)(a+b)

(x-9-3)(x-9+3)=0

(x-12)(x-6)=0

3. J’applique la règle du produit nul : un produit de facteurs est nul si l’un de ses facteurs est nul.

Ici il y a deux facteurs  (x-12) et (x-6). L’un ou l’autre est nul.

x-12=0 ou x-6=0

x=12 ou x=6

Comme x \in [0;8], seule la solution 6 convient.

 

Pour que l’aire du triangle ADE soit égale à la moitié de celle de ABC, il faut que la distance AD soit égale à 6.

 

Réponse:

\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}.

Résoudre graphiquement f(x)=1

C’est une autre façon de demander de déterminer graphiquement les antécédents de 1.

Je place 1 sur l’axe des ordonnées, je trace alors la parallèle à l’axe des abscisses passant par 1 toute entière. Je repère les points d’intersection avec la courbe. Les abscisses de ces points sont les antécédents de 1.

Les antécédents sont -2 et 2.

Donc S=\{-2;2\}

Remarque : comme on demande de résoudre une équation, il faut écrire ainsi l’ensemble des solutions.