Aller au contenu

Leçon 6

Résoudre un problème d'optimisation

Vidéo 6 : Résoudre un problème d'optimisation · 4 min 28 s · sous-titres en français

Le cours écrit

6.1 La méthode

  1. Choisir la variable, et préciser son intervalle.
  2. Exprimer la grandeur à optimiser en fonction de cette variable.
  3. Étudier ses variations.
  4. Répondre à la question par une phrase, avec les unités.

6.2 Une barquette

Exemple 24. Un traiteur fabrique des barquettes à partir de plaques de carton carrées de 3030 centimètres de côté. Il découpe à chaque coin un carré de côté xx, puis il replie les bords. Quelle valeur de xx donne le plus grand volume ?

Variable. Le fond est un carré de côté 30−2x30 - 2x, et la hauteur vaut xx. Il faut x>0x > 0 et 2x<302x < 30, donc xx appartient à ]0 ;15[]0\,;15[.

Expression. Le volume, en centimètres cubes, est V(x)=x(30−2x)2=4x3−120x2+900x.V(x) = x(30 - 2x)^2 = 4x^3 - 120x^2 + 900x. On développe, car on sait dériver un polynôme.

Variations. On a V′(x)=12x2−240x+900=12(x2−20x+75)V'(x) = 12x^2 - 240x + 900 = 12(x^2 - 20x + 75). Les racines de x2−20x+75x^2 - 20x + 75 sont 55 et 1515 : leur somme vaut 2020, et leur produit 7575. Donc V′(x)=12(x−5)(x−15)V'(x) = 12(x - 5)(x - 15). Sur ]0 ;15[]0\,;15[, x−15<0x - 15 < 0 :

xx 00 55 1515
V′(x)V'(x) ++ 00 −-
VV ↗\nearrow 2 0002\,000 ↘\searrow

Réponse. V(5)=5×202=2 000V(5) = 5 \times 20^2 = 2\,000. Il faut découper des carrés de 55 centimètres de côté. La barquette a un fond de 2020 centimètres de côté, 55 centimètres de hauteur, et un volume de 2 0002\,000 centimètres cubes, soit 22 litres.

6.3 Un parc à chiens

Exemple 25. Une commune installe un parc à chiens rectangulaire de 7272 mètres carrés le long d'un mur. Seuls trois côtés sont à clôturer. Quelles dimensions demandent le moins de clôture ?

Variable. Soit x>0x > 0 la largeur, perpendiculaire au mur, en mètres. La longueur est 72x\dfrac{72}{x}.

Expression. La longueur de clôture est L(x)=2x+72xL(x) = 2x + \dfrac{72}{x}.

Variations. L′(x)=2−72x2=2(x2−36)x2=2(x−6)(x+6)x2.L'(x) = 2 - \frac{72}{x^2} = \frac{2(x^2 - 36)}{x^2} = \frac{2(x - 6)(x + 6)}{x^2}. Sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, le signe est celui de x−6x - 6.

xx 00 66 +∞+\infty
L′(x)L'(x) ∥\Vert −- 00 ++
LL ∥\Vert ↘\searrow 2424 ↗\nearrow

Réponse. L(6)=12+12=24L(6) = 12 + 12 = 24. Un parc de 66 mètres sur 1212 demande le moins de clôture : 2424 mètres.

6.4 Attention à l'intervalle

La solution dépend de l'intervalle. Si le terrain impose une largeur d'au moins 88 mètres, LL est croissante sur [8 ;+∞[[8\,;+\infty[ : le minimum est atteint en 88, et non en 66. On a L(8)=16+9=25L(8) = 16 + 9 = 25 : il faut un mètre de clôture de plus. C'est pourquoi on précise l'intervalle dès la première étape, et on regarde aussi ce qui se passe aux bornes.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 11 et 12

  • Exercice 11 : un carnet de recettes
  • Exercice 12 : une péniche

Exercices du chapitre (PDF, 163 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 152 Ko)

Tu es hors connexion. Les chapitres téléchargés restent disponibles dans Hors connexion.