Flocon de Von Koch et approximation de Pi

Documents pareils
LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

1S Modèles de rédaction Enoncés

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Activités numériques [13 Points]

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Représentation géométrique d un nombre complexe

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Angles orientés et trigonométrie

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Quelques contrôle de Première S

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Si deux droites sont parallèles à une même troisième. alors les deux droites sont parallèles entre elles. alors

Mesure d angles et trigonométrie

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Limites finies en un point

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Sur certaines séries entières particulières

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Nombre de marches Nombre de facons de les monter

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Exercices de géométrie

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Développements limités, équivalents et calculs de limites

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Comment démontrer que deux droites sont perpendiculaires?

Représentation d un nombre en machine, erreurs d arrondis

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Leçon 01 Exercices d'entraînement

Trois personnes mangent dans un restaurant. Le serveur

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Probabilités sur un univers fini

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Problèmes sur le chapitre 5

Continuité et dérivabilité d une fonction

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

CONJUGUÉ D'UN POINT PAR RAPPORT À UN TRIANGLE

Sommaire de la séquence 10

Développements limités. Notion de développement limité

La fonction exponentielle

Coefficients binomiaux

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

O, i, ) ln x. (ln x)2

Nombre dérivé et tangente

La médiatrice d un segment

5 ème Chapitre 4 Triangles

Deux disques dans un carré

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Correction de l examen de la première session

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Le contexte. Le questionnement du P.E.R. :

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Continuité en un point

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

6. Les différents types de démonstrations

Triangles isométriques Triangles semblables

Proposition de programmes de calculs en mise en train

La maison Ecole d ' Amortissement d un emprunt Classe de terminale ES. Ce qui est demandé. Les étapes du travail

Livret de liaison Seconde - Première S

Raisonnement par récurrence Suites numériques

I. Polynômes de Tchebychev

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés

Séquence 2. Repérage dans le plan Équations de droites. Sommaire

Mathématiques Algèbre et géométrie

Corrigé des TD 1 à 5

Le seul ami de Batman

108y= 1 où x et y sont des entiers

Image d un intervalle par une fonction continue

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

Capes Première épreuve

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Mathématiques et petites voitures

Nombres complexes. cours, exercices corrigés, programmation

Fonctions de plusieurs variables

Transcription:

Flocon de Von Koch et approximation de Pi Vincent Pilaud Février 00 1 Préliminaire 1.1 Calculs d aire Soit ABC un triangle de cotés de longueur AB = x, AC = x et BC = y. Question 1 Montrer que l aire du triangle ABC vaut : A ABC = y x y Question En déduire l aire d un triangle équilatéral de côté x. 1. Calculs de sommes de suites arithmétiques et géométriques Question 3 Soit (x n ) n N la suite définie par : { Montrer (par récurrence) que : n N, Question Soit (x n ) n N la suite définie par : { x 0 n N, x n+1 = µ + x n (n + 1)(x 0 + nµ) x 0 n N, x n+1 = µx n = (n + 1)x 0 + Montrer (par récurrence) que : n N, x k n+1 1

Flocon de Von Koch.1 Description du problème On se donne un triangle équilatéral de côté x. A la première étape, on divise en trois chaque côté du triangle, et on supprime le tiers central que l on remplace par deux cotés de même longueur tournés vers l extérieur (cf dessin!). A chaque étape, on remplace le tiers central de chaque segment par deux côtés de même longueur tournés vers l extérieur. FIG 0 FIG 1 FIG On appelle FIG n la figure obtenue après la n-ième étape.. Calcul du périmètre et de l aire Question 5 On appelle P n le périmètre de FIG n, c n le nombre de côtés et l n la longueur de ces côtés. n N, c n = n.3 et l n = x 3 n En déduire que : n N, P n = ( 3 )n 3x lim P n = n Question 6 On appelle A n l aire de FIG n, k n le nombre de petits triangles rajoutés à l étape n et a n l aire de ces petits triangles. En déduire que : n N, A n = A 0 [1 + n N, k n = n 1.3 et a n = A 0 n ( k 1.3 k )] = x 3 0 [8 3( )n )] k=1 lim A n = x 3 n 5 Question 7 Montrer que la figure reste toujours inscrite dans le cercle circonscrit au triangle de départ. emarque 1 On note donc que l on obtient une série de figures dont l aire reste bornée tandis que le périmètre tend vers.

3 Approximation de Pi 3.1 Description de la méthode On sait que l aire du cercle est : A = π. On va ici trouver un encadrement de π en trouvant un encadrement de l aire du cercle. On considère pour n N les deux polygones réguliers à n côtés P n et Q n tels que le cercle circonscrit à P n soit le cercle inscrit dans Q n. On appelle le rayon de ce cercle. (cf figure pour n = 6). Q 6 P 6 3. Calcul de l aire d un polygone B O A On appelle rayon du polygone régulier le rayon de son cercle circonscrit (ici ). Question 8 En considérant le triangle OAB, calculer l aire d un polygone à n côtés de rayon. 3.3 Encadrement Question Donner l aire de P n. Calculer le rayon de Q n et en déduire son aire. Question 10 En déduire des encadrements de π de plus en plus fins. Combien de côtés doit avoir le polygone pour avoir une approximation de π à 10 5 près (donc 5 chiffres significatifs). emarque Le logiciel Maple donne 10000 chiffres significatifs instantanément. 3

Correction.1 Préliminaire Question 1 On calcule la longueur de la hauteur issue de A par le théorème de Pythagore : AH + HC = AC AH = AC HC = x ( y x y ) = On en déduit la formule : A ABC = AH.BC Question On a donc pour un triangle équilatéral (x = y) : Question 3 Montrons par récurrence que : A ABC = x x x n N, x n = nµ + x 0 et 1. Le résultat est clairement vrai pour n = 0, = y x y = x 3 (n + 1)x 0 +. Supposons le résultat vrai au rang n, et montrons qu alors il est vrai au rang n + 1 : x n+1 = µ + x n = µ + n.µ + x 0 = (n + 1)µ + x 0 n+1 x k + x n+1 = (n + 1)x 0 + + (n + 1)µ + x 0 (n + 1)(n + )µ = (n + )x 0 + emarque 3 On peut bien sûr obtenir le résultat sans refaire la récurrence si on connaît déjà n k = n(n+1) Il suffit de dire que n N, x n = nµ + x 0 et d écrire : kµ + x 0 = (n + 1)x 0 + µ Question Montrons par récurrence que : n N, x n = µ n x 0 et 1. Le résultat est clairement vrai pour n = 0, n(n + 1) k = (n + 1)x 0 + µ x k n+1. Supposons le résultat vrai au rang n, et montrons qu alors il est vrai au rang n + 1 : x n+1 = µx n = µ.µ n x 0 = µ n+1 x 0. n+1 x k + x n+1 n+1 + µn+1 x 0 n+1 + ()µ n+1 n+

. Flocons de Von Koch Question 5 On montre le résultat par récurrence : Le résultat est vrai pour n = 0 car il y a bien trois côtés, qui sont tous les trois de longueur x. Supposons le résultat vrai au rang n et montrons qu alors il est vrai au rang n+1 : à l étape n+1, chaque côté est divisé en trois, donc l n+1 = ln 3 = x 3, et on remplace un côté par quatre segments, donc c n+1 n+1 = c n = n+1.3. On en déduit immédiatement que : et donc, puisque 3 > 1 : P n = l n.c n = n.3. x 3 n = ( 3 )n 3x lim P n = n Question 6 On ajoute autant de carrés à l étape n qu on a de côtés à l étape n 1, donc k n = c n 1 = n 1.3. L aire est proportionnelle au carré du triangle ajouté, donc à ln = x, et pour n = 1, a n n = A0, donc on a bien le résultat. On en déduit en faisant la somme que : et donc, puisque < 1 : A n = A 0 +.3 Approximation de Pi k j.a j = A 0 + j=1 j=1 = A 0 [1 + 1 1 ( )n 3 1 ] = x 3 0 [8 3( )n )] lim A n = x 3 n 5 j 1.3. A 0 j = A 0[1 + 1 n 1 ( 3 )j ] Question 7 On rappelle que l angle au centre du polygone régulier à n côtés est α n = π n. On calcule la longueur de la hauteur du triangle OAB issue de O : OH =. cos( αn ). On calcule la longueur du côté AB : AB =. sin( αn ). On a donc : Question 8 On a donc : et comme le rayon de Q n est A n, = na OAB = n AB.OH = n sin(α n) = n sin(π n ) cos( αn ), on a : A Pn = n sin(π n ) A Qn = n tan( π n ) j=0 = n. cos(α n ) sin(α n ) Question On a donc : A Pn < A C < A Qn et donc : n sin( π n ) < π < n tan( π n ). On a maintenant un problème pour calculer sin( π n ) et tan( π n ). On ne sait en général pas les calculer, mais on connaît une formule de récurrence si n est une puissance de : cos( π k ) = 1 + cos( π ) nk 1 On peut donc calculer par récurrence, et on obtient des approximations de π successives : k 3... 1 cos( π ) k 0 0.70711 0.388... 0.88 k π sin( ).883 3.0617... 3.1151 k k tan( π ) 3.31371 3.1860... 3.1153 k On vérifie qu il faut aller jusqu à n = 1 = 06 pour obtenir une approximation avec 5 chiffres significatifs. emarque On aurait aussi pu obtenir une approximation de π avec le périmètre du cercle. 5