Exercice écrit
Exercice 18 — Une spirale de triangles
Exercice 18
Adapté du BAC S Centres étrangers, 10 juin 2016, exercice 4
On modélise une coquille de nautile par une ligne brisée. Dans un repère orthonormé, pour un entier \(n\geqslant3\) et \(0\leqslant k\leqslant n\), on définit \[M_k\left(\left(1+\frac kn\right)\cos\frac{2k\pi}{n}\ ;\ \left(1+\frac kn\right)\sin\frac{2k\pi}{n}\right).\] La ligne brisée relie les points \(M_0,\ldots,M_n\).
Partie A — Sept points (\(n=6\))
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Partie B — \(n+1\) points
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Se connecterMontrer que la hauteur issue de \(M_{k+1}\) dans OM\(_k\)M\(_{k+1}\) vaut \(\left(1+\dfrac{k+1}{n}\right)\sin\dfrac{2\pi}{n}\).
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Se connecterOn admet que l’aire de ce triangle est \[a_k=\frac12\sin\frac{2\pi}{n}\left(1+\frac kn\right)\left(1+\frac{k+1}{n}\right),\] et que l’aire totale vaut \(A_n=a_0+\cdots+a_{n-1}\). Le programme ci-dessous traduit l’algorithme officiel.
from math import sin, pi def aire(n): A = 0 for k in range(n): A = A + 0.5*sin(2*pi/n)*(1+k/n)*(1+(k+1)/n) return APour \(n=10\), compléter les deux dernières cases du tableau donnant les valeurs cumulées de A, arrondies au millième après chaque itération.
\(k\) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 \(A\) 0,323 0,711 1,170 1,705 2,322 3,027 3,826 4,726 Réponse
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Se connecterOn admet \(A_2=0\) et \(\lim_{n\to+\infty}A_n=7\pi/3\). Compléter exactement les deux trous pour déterminer le plus petit \(n\) tel que \(A_n\geqslant7,2\). On ne demande pas de déterminer \(n\).
from math import sin, pi n = 2 A = 0 while ...: n = n + 1 A = 0 for k in range(n): A = A + 0.5*sin(2*pi/n)*(1+k/n)*(1+(k+1)/n) print(...)Réponse
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Adapté du BAC S Centres étrangers, 10 juin 2016, exercice 4
On modélise une coquille de nautile par une ligne brisée. Dans un repère orthonormé, pour un entier \(n\geqslant3\) et \(0\leqslant k\leqslant n\), on définit \[M_k\left(\left(1+\frac kn\right)\cos\frac{2k\pi}{n}\ ;\ \left(1+\frac kn\right)\sin\frac{2k\pi}{n}\right).\] La ligne brisée relie les points \(M_0,\ldots,M_n\).
Partie A — Sept points (\(n=6\))
Déterminer les coordonnées de \(M_1\).
Déterminer les coordonnées de \(M_0\) et \(M_6\).
Calculer la hauteur issue de \(M_1\) dans OM\(_0\)M\(_1\), puis établir que l’aire de ce triangle vaut \(7\sqrt3/24\).
Partie B — \(n+1\) points
Déterminer \(OM_k\) pour \(0\leqslant k\leqslant n\).
Déterminer une mesure des angles orientés entre l’axe horizontal et \(\overrightarrow{OM_k}\), puis \(\overrightarrow{OM_{k+1}}\). En déduire une mesure de l’angle entre ces deux vecteurs.
Montrer que la hauteur issue de \(M_{k+1}\) dans OM\(_k\)M\(_{k+1}\) vaut \(\left(1+\dfrac{k+1}{n}\right)\sin\dfrac{2\pi}{n}\).
On admet que l’aire de ce triangle est \[a_k=\frac12\sin\frac{2\pi}{n}\left(1+\frac kn\right)\left(1+\frac{k+1}{n}\right),\] et que l’aire totale vaut \(A_n=a_0+\cdots+a_{n-1}\). Le programme ci-dessous traduit l’algorithme officiel.
from math import sin, pi def aire(n): A = 0 for k in range(n): A = A + 0.5*sin(2*pi/n)*(1+k/n)*(1+(k+1)/n) return APour \(n=10\), compléter les deux dernières cases du tableau donnant les valeurs cumulées de A, arrondies au millième après chaque itération.
\(k\) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 \(A\) 0,323 0,711 1,170 1,705 2,322 3,027 3,826 4,726 On admet \(A_2=0\) et \(\lim_{n\to+\infty}A_n=7\pi/3\). Compléter exactement les deux trous pour déterminer le plus petit \(n\) tel que \(A_n\geqslant7,2\). On ne demande pas de déterminer \(n\).
from math import sin, pi n = 2 A = 0 while ...: n = n + 1 A = 0 for k in range(n): A = A + 0.5*sin(2*pi/n)*(1+k/n)*(1+(k+1)/n) print(...)
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