Exercice écrit
Exercice 17 — Polygones d'aire fixée
Exercice 17
Adapté du BAC S Centres étrangers, 13 juin 2017, exercice 4
Pour tout entier \(n\geqslant4\), on considère un polygone régulier \(P_n\) de centre O et d’aire \(1\). Il est constitué de \(n\) triangles superposables à OA\(_n\)B\(_n\), isocèle en O. On note \(r_n=OA_n\).
Partie A — Un hexagone
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Partie B — Cas général
Dans un repère orthonormé, A\(_n\) se trouve sur l’axe horizontal positif. On note \(\theta_n\in]0;\pi/2]\) la mesure de l’angle \(\widehat{A_nOB_n}\).
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Se connecterExprimer la hauteur issue de B\(_n\) en fonction de \(r_n\) et \(\theta_n\), puis établir que l’aire du triangle vaut \(\dfrac{r_n^2}{2}\sin\theta_n\).
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Se connecterDonner \(\theta_n\) en fonction de \(n\), puis démontrer que \[r_n=\sqrt{\frac2{n\sin(2\pi/n)}}.\]
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Partie C — Étude de la suite
On considère \(f(x)=x/\sin x\) sur \(]0;\pi[\). Ainsi, \[r_n=\sqrt{\frac1\pi f\left(\frac{2\pi}{n}\right)}.\] On admet que \(f\) est strictement croissante sur \(]0;\pi[\).
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Se connecterMontrer que \((r_n)\) est décroissante. On pourra d’abord démontrer \(0<\dfrac{2\pi}{n+1}<\dfrac{2\pi}{n}<\pi\) pour \(n\geqslant4\).
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Se connecterEn déduire que \((r_n)\) converge. On ne demande pas sa limite et on admet, pour la suite, \(L=1/\sqrt\pi\).
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Se connecterOn traduit le programme officiel en Python :
from math import sqrt, sin, pi def seuil(): n = 4 while sqrt(2/(n*sin(2*pi/n))) > 0.58: n = n + 1 return nQuelle valeur numérique renvoie cette fonction ? Interpréter cette valeur dans le contexte de l’exercice.
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Adapté du BAC S Centres étrangers, 13 juin 2017, exercice 4
Pour tout entier \(n\geqslant4\), on considère un polygone régulier \(P_n\) de centre O et d’aire \(1\). Il est constitué de \(n\) triangles superposables à OA\(_n\)B\(_n\), isocèle en O. On note \(r_n=OA_n\).
Partie A — Un hexagone
Justifier que OA\(_6\)B\(_6\) est équilatéral et que son aire vaut \(1/6\).
Exprimer en fonction de \(r_6\) la hauteur issue de B\(_6\).
En déduire que \(r_6=\sqrt{\dfrac2{3\sqrt3}}\).
Partie B — Cas général
Dans un repère orthonormé, A\(_n\) se trouve sur l’axe horizontal positif. On note \(\theta_n\in]0;\pi/2]\) la mesure de l’angle \(\widehat{A_nOB_n}\).
Exprimer la hauteur issue de B\(_n\) en fonction de \(r_n\) et \(\theta_n\), puis établir que l’aire du triangle vaut \(\dfrac{r_n^2}{2}\sin\theta_n\).
Donner \(\theta_n\) en fonction de \(n\), puis démontrer que \[r_n=\sqrt{\frac2{n\sin(2\pi/n)}}.\]
Partie C — Étude de la suite
On considère \(f(x)=x/\sin x\) sur \(]0;\pi[\). Ainsi, \[r_n=\sqrt{\frac1\pi f\left(\frac{2\pi}{n}\right)}.\] On admet que \(f\) est strictement croissante sur \(]0;\pi[\).
Montrer que \((r_n)\) est décroissante. On pourra d’abord démontrer \(0<\dfrac{2\pi}{n+1}<\dfrac{2\pi}{n}<\pi\) pour \(n\geqslant4\).
En déduire que \((r_n)\) converge. On ne demande pas sa limite et on admet, pour la suite, \(L=1/\sqrt\pi\).
On traduit le programme officiel en Python :
from math import sqrt, sin, pi def seuil(): n = 4 while sqrt(2/(n*sin(2*pi/n))) > 0.58: n = n + 1 return nQuelle valeur numérique renvoie cette fonction ? Interpréter cette valeur dans le contexte de l’exercice.
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