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Exercice Première Spécialité - 2017 - Ex 6 : Étude d'une fonction du Second degré

Révise le Second Degré avec cet exercice concret ! 🚀

Tu veux maîtriser les fonctions polynômes et la modélisation ? Cet exercice est parfait pour toi ! À travers un problème de jardinage réaliste, tu apprendras à :

  • Manipuler des expressions algébriques complexes. 📐
  • Utiliser un tableur pour analyser des variations. 📊
  • Trouver un maximum de fonction de façon intuitive. 🏆

C'est un excellent entraînement pour comprendre comment le second degré permet d'optimiser des surfaces dans la vie réelle. Prêt à relever le défi ? 💪

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Analyse de l'énoncé

Cet exercice, bien qu'issu d'un sujet de fin de collège, constitue une excellente introduction aux problématiques de modélisation par le second degré en Première Spécialité. L'objectif est d'optimiser l'aire d'un enclos rectangulaire sous une contrainte de périmètre (longueur de grillage fixe de 50 m). La difficulté réside dans la traduction géométrique des segments en fonction d'une variable unique $x$.

Points de vigilance et notions requises

  • Modélisation : Savoir exprimer les dimensions d'un rectangle en fonction de $x$. Si $BC = x$, alors le côté $OC = OB + BC = 6 + x$.
  • Contrainte du grillage : La longueur totale $L = BC + CD + DE + EF = 50$. Comme $OCDE$ est un rectangle, on a $CD = OE$ et $DE = OC$.
  • Lecture de tableur : Comprendre la syntaxe d'une formule de calcul (références relatives) et identifier un extremum dans un tableau de valeurs.
  • Forme canonique : Pour un élève de Première, on peut faire le lien entre le sommet de la parabole et le maximum observé dans le tableau.

Guide de résolution détaillé

1. Étude du cas particulier $x = 5$

Si $BC = 5$, alors $OC = 6 + 5 = 11$. On nous donne $FE = 15$, donc $OE = OF + FE = 4 + 15 = 19$.
a) Longueur du grillage : $BC + CD + DE + EF = 5 + 19 + 11 + 15 = 50$ m. La condition est vérifiée.
b) Aire de l'enclos : $A = OC \times OE = 11 \times 19 = 209$ m².

2. Cohérence de la fonction

La voisine propose $A(x) = -x^2 + 18x + 144$.
Pour $x = 5$ : $A(5) = -(5)^2 + 18(5) + 144 = -25 + 90 + 144 = 209$. La formule est cohérente avec la question 1.

3. Exploitation du tableur

  • a. Formule en F2 : En étirant la formule, la référence à la cellule B1 devient F1. La formule est donc =-F1*F1+18*F1+144.
  • b. Aire maximale : En observant la ligne 2, la valeur maximale de $A(x)$ est $225$. Elle est atteinte pour $x = 9$ (cellule F1).
  • c. Dimensions : Pour $x = 9$, on a $OC = 6 + 9 = 15$ m. Pour trouver $OE$, on utilise l'aire : $OC \times OE = 225$, soit $15 \times OE = 225$, d'où $OE = 15$ m. L'enclos est alors un carré de 15 m de côté.