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pourriez-vous m'aidez pour mon DM :

Un fabricant de produits alimentaires veut utiliser des boites de conserve pour conditionner ses produits . On suppose qu'une boite de conserve est un cylindre parfait de contenance 1 litre .
Le fabricant cherche donc à déterminer les dimensions de la boite de conserve afin que :
- le volume contenu soit de 1 litre exactement
- la quantité de métal (supposée proportionnelle a l'aire totale du cylindre ) utilisée pour la fabriquer soit minimale .
1 - Soit r le rayon de la base du cylindre et h sa hauteur . Exprimer h en fonction de r .

2 - Établir que l'air totale du cylindre est donnée par : A® = 2 * pi * r² + ( 2/ r )

3 - Étudier la dérivabilité puis calculer la dérivée de la fonction A sur l'intervalle ]0; + inf [

4 - En déduire les variations de la fonction A sur ]0; +inf[ Pour quelle valeur de r cette aire latérale est-elle minimale ?
Montrer que, dans ce cas, on a h = 2r

5- Quelles doivent être, au millimètre près les dimensions de la boite de conserve (rayon de la base et hauteur) pour répondre aux contraintes fixées par le fabricant ?

Je suis bloquée a la question 4

Merci


Sagot :

1.    le volume du cylindre V = Ï€ r² h  = 1 litre = 1000 mL  ou cc.
       h = 1000 / (Ï€ r²)  en cm,           h et r est exprimé en cm.

2.  L'aire totale du cylindre = les deux surfaces plats + la surface latérale
         = Ï€ r² + Ï€ r² + 2 Ï€ r h  = 2 Ï€ r² + 2 Ï€ r * 1000 / Ï€ r²
      A   =  (2 Ï€ r² + 2000 / r )  cm²        ,    r  en cm.

3.   
       A (r)  =   2 Ï€ r² + 2000 / r 

     A (r) n'est pas définit  pour  r = 0.  Mais  sur l'intervalle ] 0 ; ∞ [ , c'est définit, continue,  et  dérivable.  car  2Ï€ r²  est dérivable  et  2000/r  est dérivable.

     A' (r) =  2 Ï€ (r²)' + 2000* (1/r)'  = 2Ï€ (2r) + 2000 (-1/r²)
                 = 4 Ï€ r - 2000 / r²  =  [ 4 Ï€ r³ - 2000 ] / r²
4)
     A' = 0  pour        4 Ï€ r³ = 2000
                   =>  r = (500/Ï€)^1/3 cm = 5,419 cm

     A'  < 0   pour    0 < r < 5,419 cm.       Donc,  A(r) est décroissante.
          > 0  pour    5,419 cm < r < ∞.    Donc, A(r) est croissante.

   L'aire totale du cylindre est minimum  lorsque  le rayon est = 5,419 cm
       Dans ce cas,  h = 1000 / (Ï€ r²) = 10,838 cm = 2 r.

 On peut faire aussi comme ci-dessous:
   L'aire totale est minimum quand  4Ï€r³ = 2000 cc.

   Dans ce cas,  A(r) = [ 2Ï€ r³ + 4Ï€r³ ] / r Remplace 2000 par 4Ï€r³.
                              = 6 Ï€ r²
             6 Ï€ r² = 2 Ï€ r² + 2 Ï€ r h
                   =>   h = 2 r
=========================
5.      r = 5,419 cm  et      h = 10,838 cm    -  j'ai déjà fait  au dessus.

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