Surfaces et volumes

Ce cours a pour objectif de faire revoir les aires et volumes vus les années précédentes et de travailler sur de nouvelles formules (aire et volume d’une sphère).

Le volume d’un cylindre est égal à π multiplié, par le rayon de la base au carré et par la hauteur.

  • Cours en vidéo :
  • Questions :

N’hésitez pas à partager vos propres conseils en commentaire. Pour poster un commentaire, cliquez sur le titre de l’article. S’il y a toujours des incompréhensions même après avoir visionné la vidéo, si vous ne savez toujours pas faire malgré le temps que vous y avez passé, je vous répondrai le plus tôt possible !

Problème d’optimisation sur un cylindre

Bonjour, aujourd’hui nous allons traiter ensemble un problème d’optimisation tombé au concours Banque PT en 2003.

Problème d’optimisation

Voici l’énoncé du problème :

Un fabricant de boîtes de conserve a une commande : il doit produire des boîtes cylindriques de volume V donné. Quelles doivent être les caractéristiques de la boîte (diamètre et hauteur) pour que le fabriquant utilise le moins de métal possible ?

Voici en quelques lignes de éléments de réponse pour aller au bout de l’exercice :

Notons h la hauteur de cette boîte et D son diamètre. Le volume V est imposé donc h et D vérifient la contrainte :

V = h x Pi x D²/4

La surface S d’une boîte cylindrique vaut :

Surface = aire latérale + 2 x aire du disque

S = Pi x D x h + 2 x Pi x D²/4

Remarque : on suppose l’épaisseur du cylindre constante ; ce qui implique qu’optimiser la quantité de métal, c’est optimiser l’aire totale.

Ainsi, en respectant la contrainte, on peut calculer S en fonction de D seul :

S = Pi/2 x D² + Pi x D x 4 x V / Pi x D² = Pi / 2 x D² + 4V/D

Notons phi(D) = Pi/2 x D² + 4V/D. Phi est dérivable sur ]0 ; +infini[ avec :

phi'(D) = Pi x D – 4V/D² = (Pi x D^3 – 4V) / D²

Donc phi passe par un minimum pour D = (4V/Pi)^(1/3), ce qui donne :

h = 4V/Pi x 1/D² = (4V/Pi)^(1-2/3) = (4V/Pi)^(1/3) = D.

Conclusion de l’exercice :

La boîte optimale est telle que son diamètre égale sa hauteur.

Voici la correction de l’exercice en vidéo :

N’hésitez pas aussi à utiliser la barre de commentaires pour poser vos questions ou réagir. Pour poster un commentaire, cliquez sur le titre de l’article.