Devoir Surveillé (DS) de Mathématiques de niveau Première - 22 novembre 2010
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Devoir Surveillé (DS) de Mathématiques de niveau Première - 22 novembre 2010

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Avec correction. Ie et ds du 22 nov 2010
Devoir Surveillé (DS) en Mathématiques (2010) pour Première S

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Langue Français

Extrait

Lundi 22 novembre 2010.  
Mathématiques. 1S1 et 1S2. Partie 2. 3h. Calculatrice autorisée.   Les exercices seront faits sur des feuilles séparées.   Exercice 1. (7 points)  Dans un repère (O ; i|; j|), (P) est la parabole d’équation y = x²%3x + 1 et (D) est la droite d’équation y = x + 2. 1. Construire (P) et (D). Justifier cette construction. 2. A et B sont deux points de (P) d’abscisses respectives a et b. Calculer, en fonction de a et b, le coefficient
 
directeur de la droite (AB) et le simplifier.
3. A quelle condition sur a et b a%t%on (AB)//(D? Exprimer alors b en fonction de a.) 4. Soit I le milieu de [AB] dans le cas où b = 4 a.
a. Construire les droites(A1B1), (A2B2) et (A3B3) avec respectivement a = 0 puis a = 1 puis a = 2/3 Quelle conjecture peut on formuler sur les milieuxI1, I2et I3des segments [A1B1], [A2B2] et [A3B3]. b. Démontrer que les coordonnées de I sont 2 et a² 4a + 3. En déduire que tous les points I sont alignés.
c. Justifier que l’ordonnée de I a une valeur minimale et donner cette valeur.
d. Préciser alors à quel ensemble appartiennent les points I.
 
Exercice 2. (2 points)  Le directeur d’une salle de spectacle a remarqué qu’à 8 € la place il peut compter sur 500 spectateurs ; de plus,
chaque fois qu’il diminue de 0,50 € le prix de la place, cela lui amène 100 spectateurs de plus.
Quel tarif doit%il pratiquer pour obtenir la recette maximale ? Quelle est cette recette ?
  
  
Exercice 3. (4 points)
Sur chaque côté du triangle ABC les subdivisions sont régulières.
 
1. et J comme barycentres de A et B,Exprimer I
K et L comme barycentres de B et C
et M et N comme barycentres de A et C.
 
B
J
I
A
K
N
2. Prouver que les droites (IL), (JM) et (KN) sont concourantes en un point à préciser.
Construction à faire sur l’annexe.
 
L
M
C
Exercice 4. (4 points)   ABC est un triangle. | | | | | Déterminer et construire l’ensemble des points M du plan tels que ||MA + 4 MB + MC|| = 3 ||MA + MB||.  Construction à faire sur l’annexe.   Exercice 5. (3 points)  Une plaque métallique homogène circulaire de rayon 4, est percée de deux petit disques, dont les centres sont les milieux des segments [OA] et [OB], les rayons étant tous les deux égaux à O4A   Construire le centre d’inertie G de la plaque. (la construction doit être justifiée …)  Question bonus facultative : On veut percer un troisième disque de centre S et de rayon O4A , de telle sorte que le centre de gravité de la plaque percée des trois trous soit le point O. Quel doit être l’emplacement de S ?
   
                
A
E
B
F
o
Construction à faire sur l’annexe.
ANNEXE. à rendre avec votre copie.   
             
  
 
A
B
J
E
I
B
A
K
 
B
F
o
 
 
Exercice 3.
N
L
M
Exercice 4.
NOM :
C
Lundi 22 novembre 2010.  
 
 
 
 
 
 
NOM :
Mathématiques. 1S1 et 1S2. Partie 1. 1h. A faire et rendre sur cette feuille. Calculatrice interdite.
    Dans chacun des exercices suivants, une réponseau moinsest exacte. Mettre V (vrai) pour une réponse juste, F (faux) pour une réponse fausse. Vous répondez à toutes les questions.  1.Le milieu I de [AB] est barycentre du système :  (A, 3) (B, 3) (A, 3) (B, 3) (A, 3) (B, 3) (A,  3) (B, 3)  2. ABC est un triangle. A’, B’ et C’ sont les milieux respectifs de [BC], [CA], [AB].  G est le centre de gravité du triangle ABC. AlorsGest le barycentre de :
 (A, 2) (A’, 2) (C,  2) (C’, 1) (B, 2) (B’, 1) (A, 2) (B, 2) (C, 2)  3.Soit ABC un triangle, G le barycentre de (A , 3) ; (B , 1) ; (C , 1). Alors :   G15(21AC#CB)   Pour tout pointM,M1(2CM#BM) 5
2  1 % G(5AC BC)   G12(3AC%BC)
 4.le milieu du côté [AB]. Alors : parallélogramme non aplati. I est  un Soit ABCD  
I(B, 1), (C, 1), (D, 1).est le barycentre de barycentre G de (A, 2), (B, 1), (C, 2)
Le
A est le barycentre de (B, 1), (C, 1), (D, 1) Le barycentre H de (A, 2), (B, 1), (C,a)
est sur la droite (BD). est enDsia= 1.  5.A, B, C et G sont quatre points tels que A|G =%35  A|B 2 +A5 |C G est le barycentre de (A, 1) (B, 53 ) (C, 25 )  G est le barycentre de (A, 6) (B, %3) (C, 2) A est le barycentre de  (G, 1) (B, 53 ) (C, %G    )25 blet es (B,  5) nertracy( ,A eed%3) (C, 2)   6.Soit A, B et C trois points non alignés du plan. B’ le milieu du segment [AC] et C’ celui de [AB]. G est le barycentre du système {(A, 3) (B, 2) (C, 1)}.  
G est le barycentre du système {(A, 1), (C, 3), (B, 2) (A, 4) (C, 2)}. On a B|G =%12 A|B 61 + B|C .
    …   
 
 
G appartient au segment [B’C’] Tous les pointMdu plan vérifient : | | | | 3MA + 2MB = 6MG%MC.
  
 
 
  
 
 
 
 
II.
1. A et B sont deux points du plan.
Pour chacune des relations suivantes G est il barycentredes points pondérés A et B ? Justifier.
Construire G si possible. | | a. 5GA + 5 GB =|o
 
 
 
 | | | b. 2GA   3GB = AB
 
 
 
 
 
 
_ ____________´B_A_____________________´_ ______________
 _____________________________________´B_________´A_________
c. G est le symétrique de A par rapport à B. _________A´_______________B´_______________________
 
 
 
 
| | | d. 2AB + 5BG = AG
 
 
 
 
 
 
_______________´_______________A______´ _______B_________
2. ROC : (restitution organisée de connaissances)
Enoncer la propriété du barycentrepartiel et la démontrer.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Dans le plan muni du repère (O ; i|,| on considère les points A(2 ; 3), B( 1 j ); 2) et C(5 ; 4). Déterminer les coordonnées du centre de gravité du triangle ABC.
  
 
 Corrigé.     Dans chacun des exercices suivants, une réponseau moinsest exacte. 1.et (B, k) pour tout réel k non nul.Le milieu I de [AB] est l’isobarycentre de A et B donc le barycentre de (A, k) (A, 3) (B, 3) V (A, 3) (B, 3) F (A, 3) (B, 3) F (A,  3) (B, 3) V  2. ABC est un triangle. A’, B’et C’ sont les milieux respectifs de [BC], [CA], [AB]. du triangle ABC donc l’isobarycentre de A, B et C.G est le centre de gravité le barycentre de (A, 2) (A’, 2) est le milieu de la médiane [AA’] ce n’est donc pas G le barycentre H de (B, 2) (B’, 1) est tel que B|H = (1/3)B|B' ce n’est donc pas G barycentre J de (C, 2) (C’, 1) est « à l’extérieur du segment [CC’] ce n’est donc pas Gle (A, 2) (A’, 2) F (C,  2) (C’ 1) F , (B, 2) (B’, 1) F (A, 2) (B, 2) (C, 2) V  | | || 3. Soit ABC un triangle, G est le barycentre de (A, 3) ; (B, 1) ; (C, 1). Alors"MÎ3MA + MB + MC = 5MGP,   G1(52AC%BC)Û G15(2AC#CB)ÛAG152ACcette égalité indique que GÎpour cela il faudrait que le(AC) coefficient de B soit nul.  G1(23AC%BC cas précédent …) voir | En prenant M en A on obtient : A|B + AC = 5A|G d’où A|C + C|B + A|C = 5A|G et donc A|G = (1/5) (2A|C + C|B)            M1(25CM#BM)Û 5AM2CM%2BM10Û5MA%2MC%2MB10 cette égalité signifie que M est le barycentre de (A, 5) (B,%2) et (C,%2) (car 5%2%2¹0) ce qui n’est évidemment pas vrai pour un point M quelconque. 2G1(5AC%BC) FG1(215AC#CBV  ) 2  tout point Pour FM,M(2CMBM)  G1(3AC%BC)15# F  4. Soit ABCD un parallélogramme non aplati. I le milieu du côté [AB]. Alors : le centre de gravité du triangle BCD …I est le barycentre de (B, 1), (C, 1), (D, 1) signifie que I est I ne serait donc pas le milieu de [AB] ABCD est un parallélogramme donc A|C = A|D + A|B c’est à dire A|D + A|B%A|C = o|  cette égalité signifie que A est le barycentre de (B, 1), (C, 1), (D, 1) car 1%1+1¹0 Le barycentre G de (A, 2), (B, 1), (C, 2) est aussi celui de (B, 1) (J, 4) avec J milieu de [AC] et donc milieu de [BD] on a alors GÎ(BJ) et puisque JÎ(BD), GÎ(BD) | D| +B = DA D|C donc D|B%D|A%D|C = o|  ce qui signifie que D est le barycentre de (A,%1), (B, 1), (C,%1) donc de (A,%k), (B, k), (C,%k) pour tout réel k non nul. et il n’existe pas de réel k tel que%k = 2 et k = 1 … I Vest le barycentre de (B, 1), (C, 1), (D, 1). Le barycentre G de (A, 2), (B, 1), (C, 2) F est sur la droite (BD).
F V
A est le barycentre de (B, 1), (C, 1), (D, 1) Le barycentre H de (A, 2), (B, 1), (C,a) est enDsia= 1.
 5. A, B, C et G sont quatre points tels que A|G =% 53A|B +25 A|C A|G =% 53A|B + 25A|CÛ A|G +5 3A|B%  25A|C = o| 1) (B,ce qui signifie que A est le barycentre de (G,35 ) (C,% 52 )
|+ A|G =% 35A|B +5 2A|CÛ5 A|G + 3A|B%2A|C = o| Û5A|G + 3AG 3G|B%2A|G%2G|C = o| Û6A|G + 3G|B%2G|C =|oÛ
6G|A%3G|B + 2G|C =| de (A, 6) (B,o ce qui signifie que G est le barycentre%3) (C, 2) car 6%3 + 2¹0 ce qui élimine les deux autres propositions …
 
G est le barycentre de (A, 1) (B, 53 ) (C, 52 ) 
A est le barycentre de  (G, 1) (B, 35 ) (C, % )  25
F G est le barycentre de (A, 6) (B,%3) (C, 2)
V G est le barycentre de (A, 5) (B,%3) (C, 2)
6. Soit A, B et C trois points non alignés du plan. B’ le milieu du segment [AC] et C’ celui de [AB].
G est le barycentre du système (A, 3) (B, 2) (C, 1).
V
F
G est le barycentre de (A, 1), (C, 3), (B, 2) (A, 4) (C, 2)ÛG est le barycentre de (A, 1+4), (C, 3%2), (B, 2)
   
     Ûle barycentre de (A, 3), (C, 1), (B, 2)G est
G est le barycentre de (A, 3), (B, 2), (C, 1)ÛG est le barycentre de (A, 2), (B,2), (A,1), (C, 1)Û*  *Û[AC] et C’ celui de [AB].G est le barycentre de (C’,4) (B’,2) puisque B’ est le milieu du segment  " | | | | en remplaçant M par B, on obtient : 3B|A + B|C = 6 B|G MÎP, 3MA + 2MB + MC = 6 MG  et donc B|G = B 21|6  1B+ A|C soit B|G =%21A |BB+ 1  6|C  "MÎP, 3 || | | | | |M|C MA + 2MB + MC = 6 MG et donc"MÎP, 3MA + 2MB = 6 MG% 
 II.
G est le barycentre du système (A, 1), (C, 3), (B, 2) (A, 4) (C, 2). |+ 1 On a B|G =%  2 BA6B1 |C.
1. A et B sont deux points du plan.
V G appartient au segment [B’C’]  
Tous les pointMdu plan vérifient : V| | | | 3MA + 2MB = 6MG%MC.
Pour chacune des relations suivantes G est il barycentredes points pondérés A et B ? Justifier.
 
Construire G si possible. | | B a. 5GA + 5 GB =|o ____________´A__________´G__________´________________ G est le barycentrede (A ; 5) et (B ; 5) donc le milieu de [AB]
 | ||  b. 2GA   3GB = AB ______´G________´________´________´B________´A_________ | | | | | | | 2GA  3GB = ABÛ2GA  3GB = AG + GB    Û3G|A 4G|B|  o =    ÛG barycentrede (A ; 3) et (B ; 4) car 3 – 4 0 | | Construction de G : AG 4 AB =
 
V
V
c. G est le symétrique de A par rapport à B. _________´A__________´B__________G´______________ G est le symétrique de A par rapport à BÛG|A = 2G|BÛG|A 2G|B=|oÛG barycentrede (A ; 1) et (B ; 2)
 | || d.    2AB + 5BG = AG_______________´A_____´ _____´_____G´_____´B________________ 2A| 5BB +| AG =|GÛ2A|G + 2G|B + 5B| AG =|GۅÛG|A + 3G||de (A ;1) et (B ; 3)  B = oÛG barycentre| | construction de G : AG = (3/4) AB  
2. ROC : (restitution organisée de connaissances)
Enoncer la propriété du barycentrepartiel et la démontrer.
Voir le cours
 
 
3. Dans le plan muni du repère (O ;|i ,| ;j ) on considère les points A(2 ; 3), B( 1 ; 2) et C(5  4). Déterminer les coordonnées du centre de gravité du triangle ABC. Le centre de gravité du triangle ABC est le barycentrede (A ; 1)(B ; 1)(C ; 1) yes moyennes pond et les coordonnées du bar centre sont l érées des abscisses et des ordonnées d xA3 + xB+ xC = … = 2 et yG= yA3 y +B+ yC= … = 1/3 onc xG=  Exercice 1.
dans (O ; i|;|j ),est la parabole d’équation y = x² (P) %3x + 1 et (D) est la droite d’équation y = x + 2.  1. Construire (P) et (D).10y Justifier cette construction. Construction de (P) :9 1 de x² est positif donc (P) est « tournée vers le haut »Le coefficient x essicsba ruop 2 (- - = eLP) ade (met  som´= 1  3)3/2 et donc pouro drno8née (3/2)²%3(3/2) + 1 =%5/4  d’équation x = 3/2 est axe de symétrie de (P).La droite 7 quelques points pour construire (P) …Il reste à trouver 6I3  Construction de (D) : (D) coupe l’axe des ordonnées en 2 et l’axe des abscisses en% 2.5B1  2. A et B sont deux points de (P) d’abscisses respectives a et b.4 lCe acloceuflfeirc,i eennt  fdoinrcetcitoenu rd ed ea  leat  dbr, o ite (AB). A33I1(P) A est sur (P) et son abscisse est a2 donc son ordonnée est a²%3a + 1 B esdt osnucr  (sPo)n  eotr sdoonn naébes ceissts eb ²e s%   1b t b3+  A11B2 lefficient directeur de (AB) est m = yxBBy -x  -AA  I2 e co-1 0 1 3 4 = b² - 3b + 1 - a² + 3a - 1-1A2 b - a (b - a)(b + a) - 3(b - a) =  b - a = b + a%3   3. A quelle condition sur a et b a%t%on (AB)//(D) ? les 2 droites sont parallèles si elles ont le même coefficient directeur il faut pour cela que b + a% 3 = 1 (AB) // ( donc + a = 4 bc'est à direD)Ûb = 4 a   4. Soit I le milieu de [AB] dans le cas où b = 4 a(c'est à dire (AB) //(D) d’après 3.). a. Construire les droites(A1B1), (A2B2) et (A3B3) avec respectivement a = 0 puis a = 1 puis a = 2/3  avec l’abscisse a de A on calcule celle de B : b = 4 – a puis leurs ordonnées avec y = x² 3x + 1
on obtient : A1(0 ; 1) et B1(4 ; 5) puis A2(1 ; 1) et B2(3 ; 1) puis A3( 2/3 ; 31/9) et B3(14/3 ; 79/9) ou : on calcule les coordonnées de A et on se sert du coefficient directeur 1 pour tracer la droite. Quelle conjecture peut on formuler sur les milieuxI1, I2et I3des segments [A1B1], [A2B2] et [A3B3].  il semblerait que les points I soient alignés sur la droite d’équation x = 2 , parallèle à l’axe (O ;|j)
B3
b. Démontrer que les coordonnées de I sont 2 et a² 4a + 3. En déduire que tous les points I sont alignés.  I est le milieu de [AB] donc xI = xAx+ 2 B -=a  a = 4 ++ a  2b = 2 2 yA+ yBa² - 3a + 1 + (4 - a)² - 3(4 - a) 1 + =  yI 2 …= 2 = = a²%4a + 3 Quelle que soit la valeur de a, les points I ont tous pour abscisse 2 donc ils sont sur la droite (D) d’équation x = 2
5x
c. Justifier que l’ordonnée de I a une valeur minimale et donner cette valeur.
  
yI= a²%4a + 3 yIun trinôme ayant une valeur minimale car le coefficient de a² est positif est cette valeur minimale est obtenue quand a =%(%4)/2 = 2 et vaut (2)²%4(2) + 3 =%1
d. Préciser alors à quel ensemble appartiennent les points I. on déduit des questions précédentes que I est sur la demi%droite caractériséex =y ³2 par-1   
Exercice 2.  Le directeur d’une salle de spectacle a remarqué qu’à 8 € la place il peut compter sur 500 spectateurs ; de plus, chaque fois qu’il diminue de 0,50 € le prix de la place, cela lui amène 100 spectateurs de plus. Quel tarif doit%il pratiquer pour obtenir la recette maximale ? Quelle est cette recette ?  Avec x diminutions de 0,50 € : le prix sera alors de 8%0,50 x € la place et il devrait y avoir 500 + 100 x spectateurs La recette sera donc R = (8%0,5 x)(500 + 100 x) = … =%50 x² + 550 x + 4000 R est un trinôme qui a une valeur maximale (car le coefficient de x² est négatif) obtenue pour x = 2-( 5-5500)  = 5,5 cette recette vaut alors :%50(5,5)² + 550(5,5) + 4000 = 5512,5 € Bilan : avec le prix d’une pace à 8%5,5(0,5) = 5,25 €  il y aura 500 + 100(5,5) = 1050 spectateurs et la recette sera maximale et sera de 5512,5 €   
Exercice 3.  
Sur chaque côté du triangle ABC les subdivisions sont régulières.A 1. Exprimer I et J comme barycentres de A et B, K et L comme barycentres de B et CI N et M et N comme barycentres de A et C. J M  | La figure nous indique que I|B =%2IA LB K or I|B =%2I|AÛ2 I|A + I|B =|o donc I est la barycentre de (A,2) et (B,1) car 1 + 2¹0  les positions relatives des points I, J, K, L, M, N étant les mêmes sur les trois côtés du triangle, On démontre de même que J est le barycentre de (B,2) (A,1)  K est le barycentre de (B,2) (C,1) et L est le barycentre de (B,1) (C,2)  N est le barycentre de (A,2) (C,1) et M est le barycentre de (A,1) (C,2)  2. Prouver que les droites (IL), (JM) et (KN) sont concourantes en un point à préciser. Soit G le centre de gravité du triangle ABC G est le barycentre de (A,2) (B,2) (C,2) donc de (A,2) (B,1) (B,1) (C,2)  donc de (I,3) (L,3) donc G est le milieu de [IL] G est le barycentre de (A,2) (B,2) (C,2) donc de (A,1) (B,2) (A,1) (C,2)  donc de (J,3) (M,3) donc G est le milieu de [JM] G est le barycentre de (A,2) (B,2) (C,2) donc de (A,2) (C,1) (C,1) (B,2)  donc de (N,3) (K,3) donc G est le milieu de [NK]  G étant le milieu des trois segments [IL], [JM] et [NK] il est le point de concours des trois droites.   Exercice 5.
 ABC est un triangle.
C
| | | || Détermineretconstruirel’ensemble des points M du plan tels que ||MA + 4 MB + MC|| = 3 ||MA + MB||. | | | | | Pour « traiter » cette égalité il faut « réduire » les sommes MA + 4 MB + MC et MA + MB Déterminer …. | | | Réduction de MA + 4 MB + MC : 1+4+1¹0 donc il existe un point G barycentre de (A,1) (B,4) (C,1) on a alors : pour tout point M du plan,B | | | | MA + 4 MB + MC = 6 MG  Réduction de M|A + M|B :G  soit I le milieu de [AB],I | pour tout point M du plan MA + M|B = 2 M|I  A C Recherche des points M :J Compte tenu des réductions précédentes : ||M|A + 4 M|B + M|C|| = 3 || | || |MA MB|| devient ||6 MG|| = 3 ||2 MI||. +  or ||6 M|G|| = 3 ||2 M|I||Û6|| M|G|| = 6|| M|I||Û6 MG = 6 MIÛMG = MI   donc l’ensemble des points M cherché est la médiatrice du segment [GI] Construire …… construction de G :  Soit J le milieu de [AC], J est le barycentre de (A,1) (C,1)  D’après la propriété du barycentre partiel, on a G barycentre de (J,2) (B,4) donc de (J,1) (B,2)  on a alors G|J + 2 G|B =|o d’où J|G = (2/3)J|B égalité qui permet de construire G. construction de I : évidente …
Exercice 6. Une plaque métallique homogène circulaire de rayon 4, est percée de deux petits disques, dont les centres sont les milieux des
segments [OA] et [OB], les rayons étant tous les deux égaux à OA/4
1. Construire le centre d’inertie G de la plaque. La plaque étant homogène, la masse de chaque partie est proportionnelle à l’aire de cette partie. L’aire A du disque de départ estϑ ´4² = 16ϑ   L’aire de chaque petit disque enlevé estϑ(4/4)² c’est à direϑ  Et on sait que le centre d’inertie d’un disque homogène est son centre. visualisationdu problème : disque pleineitreniE  epitt disquecentre d  %   s tiderd ectntssiep emaϑqeu rtieine F =sqditnecd ert euuormasse in41 ϑ Ge ré ti e centre d’inertie O%       masse 16ϑmasseϑ ce qui se traduit par : G est le barycentre de (O, 16ϑ) (E,%ϑ) (F,% ϑ) donc G est le barycentre de (O,16) (E,%1) (F,%1)en simplifiant les coefficients parϑ  Construction de G : soit I le milieu de [EF], I est le barycentre de (E,%1) (F,%1)  G est alors le barycentre de (O,16) (I,%2) donc de (O,8) (I,%1) d’oùO|G = (%1/7) O|I    ou : tit disq mdnirt e 14 asseencotre quisdϑ eéGreu it ++eiE  titqsidepi drtneceuerentrentce dssam peeϑuertneiF ei  =di plesquetnerecnd iasm 1se6 ϑ  ieO    nietr       masseϑce qui se traduit par : O est le barycentre de (G, 14ϑ) (E,ϑ) (F,ϑ) donc O est le barycentre de (G, 14 ) (E, 1) (F, 1) donc O est la barycentre de (G, 7) (I, 1) avec I milieu de [EF] | On a alors 7O|G + O|I =|o doncO|G = (%1/7) OI  2. On veut percer un troisième disque de centre S et de rayon OA/4, de telle sorte que le centre de gravité de la plaque percée des trois trous soit le point O. Quel doit être l’emplacement de S ?
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