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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Surface d'un heptaèdre

ABCDEFGHABCDEFGH est un cube de côté 10cm10\, \text{cm}.

Cube

On coupe ce cube par un plan BEGBEG et l'on retire le tétraèdre BEFGBEFG de façon à obtenir l'heptaèdre représenté ci-dessous.

Heptaèdre

  1. Combien de sommets, de côtés, et de faces possède cet heptaèdre ?

    1. Que peut-on dire du triangle ABEABE ?

    2. Que peut-on dire du triangle BEGBEG ?

  2. Quelle est l'aire du triangle ABEABE ?

  3. Calculer la hauteur du triangle BEGBEG issue de l'un de ses sommets. En déduire l'aire du triangle BEGBEG. On donnera la réponse exacte puis la réponse en cm puis en cm2^2 arrondie au centième près.

  4. En déduire l'aire totale de l'heptaèdre.

Corrigé

  1. L'heptaèdre formé après avoir retiré le tétraèdre BEGFBEGF possède 7 sommets, 12 arêtes, et 7 faces.

    1. Le triangle ABEABE est un triangle rectangle isocèle en AA, car [AB][AB] et [AE][AE] sont des arêtes perpendiculaires du cube et AB=AE AB = AE .

    2. Le triangle BEGBEG est formé par les points du plan de coupe. Ce triangle est équilatéral ; on peut, en effet. calculer les longueurs BE, BG et EG. Ce sont les hypoténuses de triangles rectangles isocèles dont les côtés de l'angle droit mesure 10 10 cm . Elles mesurent donc toutes les trois 102 10 \sqrt{ 2 } cm (on peut retrouver ce résultat avec le théorème de Pythagore) .

  2. Pour calculer l'aire du triangle ABEABE, on utilise la formule de l'aire d'un triangle :

    Aire(ABE)=12×AB×AE=12×10×10=50cm2. \text{Aire}(ABE) = \frac{1}{2} \times AB \times AE = \frac{1}{2} \times 10 \times 10 = 50\, \text{cm}^2.

  3. Pour calculer la hauteur du triangle équilatéral BEGBEG, on applique la formule de la hauteur hh pour un triangle équilatéral (que l'on peut retrouver avec le théorème de Pythagore) :

    h=32×côté=32×102=56cm. h = \frac{\sqrt{3}}{2} \times \text{côté} =\frac{\sqrt{3}}{2} \times 10\sqrt{2} = 5\sqrt{6}\, \text{cm}.

    L'aire du triangle BEGBEG se calcule alors par :

    Aire(BEG)=12×102×56=50386.60cm2. \text{Aire}(BEG) = \frac{1}{2} \times 10\sqrt{2} \times 5\sqrt{6} = 50\sqrt{3} \approx 86.60\, \text{cm}^2.

  4. Pour calculer l'aire totale de l'heptaèdre, on prend en compte les surfaces suivantes :

    • Trois triangles rectangles isocèles similaires à ABEABE, dont chacun a une aire de 50cm250\, \text{cm}^2.

    • Un triangle équilatéral BEGBEG, dont l'aire est de 86,60cm286,60 \, \text{cm}^2.

    • Trois faces carrées identiques à ABCDABCD, chacune ayant une aire de 100cm2100\, \text{cm}^2 (puisque l'aire de chaque carré est 10210^2).

    L'aire totale de l'heptaèdre est donc :

    A3×50+86,60+3×100=150+86,60+300=536,60cm2. A \approx 3 \times 50 + 86,60 + 3 \times 100 = 150 + 86,60 + 300 = 536,60\, \text{cm}^2.