RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

Olympiades mathématiques, énigmes et défis
fred347
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RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 28 Juin 2021, 11:33

bonjour a tous je cherche la solution a un problème de calculs
ci des pros peuvent me filer un coup de main c'est pas de refus

travail de joaillier

Frédéric veux réaliser un jonc en or
il a en sa possession 20gr d’or

on sais que pour Frédéric il lui faut un jonc de diamètre intérieur de 60mm

pour rappel la densité de l’or est de 16

Donner le diamètre du fil a faire pour utiliser la totalité de l’or
Voir la pièce jointe 1624288882497.png
je cherche a faire une feuille excel ou je rentre le poids d'or et le diamètre intérieur du jonc et que sa me dise par divers calculs quelle sera mon diamètre de fil a faire
merci a tous
ps : vous avez 2h lol

Image
Modifié en dernier par fred347 le 28 Juin 2021, 13:59, modifié 1 fois.



Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 28 Juin 2021, 13:01

Bonjour,

Voir la pièce jointe 1624288882497.png


on a pas la pièce jointe!

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 28 Juin 2021, 14:00

bonjour ,

oup's corrigée

lyceen95
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par lyceen95 » 28 Juin 2021, 17:18

La forme obtenue est un TORE.
Mais on va faire une grosse impasse... on va considérer que le volume obtenu est un fil d'or. On vérifiera à la fin si cette impasse est acceptable ou pas.

Je note D le diamètre du fil.

La longueur du fil est le périmètre du cercle de diamètre 60mm ; c'est 60*Pi Mais je vais le noter x *Pi ( parce que tu veux pouvoir adapter les calculs à d'autres valeurs de x )
La section du fil est de Pi * (D/2)²
Le volume du fil est de x * Pi * Pi * (D/2)² = x * Pi² * D² / 4
Le poids du fil est de ?
Là, il faut faire attention. Le volume ci-dessus est en millimètres-cubes.
La densité qu'on nous donne est en quelle unité ? 16 Tonnes par metre cube ... c.a.d. 16 kg par décimètre cube, c.a.d. 16 grammes par centimètres cube ou enfin 0.016 grammes par millimètres cube.
Le poids du fil est donc de x * Pi² * D² / 4 * 0.016 grammes , ou x * Pi² * D² * 0.004
Et on veut que ce nombre donne 20 grammes. Pds = 20 dans cet exemple.

Donc on a l'équation : x * Pi² * D² * 0.004 = Pds où l'inconnue, c'est D.
On isole D :


Avec les données de l'exemple ( poids = 20 grammes, Diamètre intérieur = 60 mm), ça donne un diamètre pour le fil de 2.9 mm.
Problème. Comparativement au 60mm du diamètre intérieur, ce 2.9 millimètres n'est pas négligeable.
L'impasse faite n'est pas satisfaisante.
Le poids d'or disponible permet de faire un tore de 60 millimètre de diamètre et avec une section circulaire de 2.9mm, mais ce 60 millimètre n'est pas le diamètre intérieur, c'est le diamètre moyen.
Le diamètre intérieur va être environ 60-2.9= 57.1 ...
Dans les faits, il faut un diamètre d'environ 2.75mm pour ces données.

Voilà déjà une première approche, simplifiée. Peut-être que d'autres seront plus courageux, et donneront une formule plus précise.

Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 28 Juin 2021, 18:10

La longueur du fil est le périmètre du cercle de diamètre 60mm


@lyceen95 : je pense qu'il y a une erreur dans le calcul de la longueur du fil; le diamètre à prendre en compte c'est au lieu de 60 car il faut tenir compte du diamètre du fil

(avec diamètre de fil (voir figure))

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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par lyceen95 » 28 Juin 2021, 19:49

Oui, tu as raison, et c'est pour ça que je parlais d'impasse.

L'idée est d'avancer par étapes... Si Fred347 pose cette question, c'est qu'il part de 'très loin'.

Etape 1 : expliquer une solution très facile à résoudre ... mais pas parfaite. On sait que la vraie valeur sera un peu plus petite que la valeur trouvée par cette méthode. L'objectif, avec cette approximation, c'est que Fred la comprenne parfaitement.

Etape 2 : faire la correction que tu suggères.
Mais ça reste une approximation. Nettement meilleure que celle proposée, mais encore une approximation.
Cette correction amène à une équation un peu plus compliquée à résoudre. Mais faisable sur un tableur.

Etape 3 : appliquer la vraie formule du volume du tore.
D'ailleurs. La seule info vraiment utile, c'était ce mot : cette forme s'appelle un TORE. Et à partir de ce mot clé, on va forcément trouver les formules exactes qui donnent le volume. Et donc trouver l'équation à résoudre.

Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 28 Juin 2021, 20:30

lyceen95
Etape 2 : faire la correction que tu suggères.
Mais ça reste une approximation.


je ne pense pas, le diamètre moyen est égal au diamètre intérieur + diamètre d'une section du tore

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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par lyceen95 » 28 Juin 2021, 22:05

Si, ça reste une approximation.

En faisant la correction que tu as apportée, sur des données à peu près similaires au dessin proposé, on a divisé l'erreur par 100 ou 1000 par rapport à la première approximation, mais ça reste une approximation.

Preuve avec les mains :
Visualise le périphérique, autour de Paris. Au lieu d'une patatoïde, c'est un cercle parfait.

Le périphérique intérieur et le périph extérieur forment tous les 2 un cercle (une couronne en fait). Même centre, même largeur , mais pas même rayon. Ils n'ont pas la même surface. Et malheureusement , la moyenne entre et ne donne pas .

Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 29 Juin 2021, 05:56

avec mes notations!

si on considère le tore comme engendré par la rotation ,autour de l'axe des abscisses, d'un cercle de rayon r (soit de diamètre d) de centre (0;R), on obtient la formule exacte suivante



si est le "rayon du cercle intérieur" ; peut être considéré comme "le rayon moyen" du tore

soit

, soit en utilisant les diamètres au lieu des rayons



je ne vois pas où est l'approximation

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 29 Juin 2021, 07:48

bonjour a tous , et merci pour votre implication
en fait c'est un vrais exercice que je vous demande (c'est pour ca que je fait appel a des pros lol)

jusque a présent je le fessais a tâtons après je me suis fait un tableau excel
mais il prend un place folle
imaginer , faire un tableau pour un jonc de la taille 40mm jusqu' a 70mm et le mètre en raccord avec des poids d'or qui vont de 1 gr a 50gr (c'est pas un tableau c'est une usine a gaz )

pour ce qui est des formules il est vrais que je ne les comprends pas toutes (c'est pour ca que je demande de l'aide ;) )
mais oui le diamètre qui faut prendre en compte c'est bien la fibre neutre du TOR qui a pour diamètre 60 (pour ce cas de figure )mais qui est un inconnu quand on commence le calcul .

encor merci pour votre aide

lyceen95
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par lyceen95 » 29 Juin 2021, 07:58

La première formule que tu donnes est effectivement celle qu'on trouve un peu partout.
Je suis troublé, j'étais convaincu que la formule était plus compliquée. Je n'arrive pas à comprendre pourquoi l'intégrale se simplifie à ce point.
Mais comme c'est la formule qu'on trouve partout, tu as forcément raison. J'aurais dû chercher cette formule plus tôt.

GaBuZoMeu
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par GaBuZoMeu » 29 Juin 2021, 09:26

Bonjour,

Si je peux me permettre, la formule du volume du tore est un cas particulier du très classique second théorème de Guldin, sur les volumes de révolution :
Théorème — La mesure du volume engendré par la révolution d'un élément de surface plane autour d'un axe situé dans son plan et ne le coupant pas est égale au produit de l'aire de la surface par la longueur de la circonférence décrite par son centre de gravité

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 30 Juin 2021, 07:40

Pisigma a écrit:avec mes notations!

si on considère le tore comme engendré par la rotation ,autour de l'axe des abscisses, d'un cercle de rayon r (soit de diamètre d) de centre (0;R), on obtient la formule exacte suivante



si est le "rayon du cercle intérieur" ; peut être considéré comme "le rayon moyen" du tore

soit

, soit en utilisant les diamètres au lieu des rayons



je ne vois pas où est l'approximation


bonjour ,
petite question en sus ?
peut tu m'expliquer en détail ton calcul (je n'ai qu'un CAP qui a plus de 20 ans ) :oops: et je t'avoue que je suis un peut perdu dans tes calculs :gene: , il faut que je comprenne pour arriver a faire les calculs dans une feuille excel :rouge:
merci

Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 30 Juin 2021, 08:13

mais oui le diamètre qui faut prendre en compte c'est bien la fibre neutre du TORE


ça ne correspond pas a ton dessin où 60 mm c'est le diamètre intérieur du tore

quelle est la bonne interprétation?

le diamètre correspondant "à la fibre neutre" = au diamètre intérieur du tore plus le diamètre du fil

c'est ce que j'ai indiqué dans le développement du 30 juin à 7h40

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 30 Juin 2021, 11:07

Pisigma a écrit:
mais oui le diamètre qui faut prendre en compte c'est bien la fibre neutre du TORE


ça ne correspond pas a ton dessin où 60 mm c'est le diamètre intérieur du tore

quelle est la bonne interprétation?

le diamètre correspondant "à la fibre neutre" = au diamètre intérieur du tore plus le diamètre du fil

c'est ce que j'ai indiqué dans le développement du 30 juin à 7h40


salut pisigma,
je penser juste que pour pouvoir calculer le volume du tor il fallait le faire par sa fibre neutre :?:
mais vue que je n'est pas tout compris dans tes calculs :shock: ..... c'est pour ca que je fessai la remarque .
mais tu a bien compris que c'était le diamètre intérieur du tore qui compter vue que c'est le seul que l'on peut mesurer physiquement (avec le poids de l'or )

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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 30 Juin 2021, 11:59

ok ton dessin est correct alors c'est bien le diamètre intérieur du tore

que ne comprends-tu pas dans le développement du calcul?

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 30 Juin 2021, 13:05

Pisigma a écrit:ok ton dessin est correct alors c'est bien le diamètre intérieur du tore

que ne comprends-tu pas dans le développement du calcul?


heuuuu :rouge:
il y a des lettres qui me sont inconnue dan ton calcul
V = volume ?
R = rayon moyen
r = ?
Ri = rayon intérieur
D = diamètre
Di = diamètre intérieur
d = ?
voila ce que j'ai compris ::d
peut tu me faire le calcul avec mon diamètre 60 et mes 20gr d'or que je vérifie mes calcul stp

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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par lyceen95 » 30 Juin 2021, 13:50

La formule 'directe', elle permet de donner le volume du tore ( et donc le poids) à partir de sa section.

ou

Ton problème, c'est d'inverser cette formule. On ne veut pas le Volume à partir de d , mais on veut d, connaissant le volume.
C'est une équation du 3ème degré. Et malheureusement, il n'y a pas de formule magique pour inverser cette formule : il n'y a pas de formule automatique qui donne d quand V et D sont imposés.

Donc une solution, c'est de tâtonner.
Pour un couple (Poids, Diamètre Intérieur) imposé, tu essaies une valeur de d, et tu calcules le poids avec la formule ci-dessus. Selon que le résultat obtenu est inférieur ou supérieur au Poids recherché, tu augmentes ou tu diminues la section du tore.
Une valeur approchée est donnée par la formule que je donnais dans ma première réponse. La vraie valeur sera forcément un peu plus petite ( 1% à 5% plus petite en gros )

fred347
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par fred347 » 30 Juin 2021, 15:09

lyceen95 a écrit:La formule 'directe', elle permet de donner le volume du tore ( et donc le poids) à partir de sa section.

ou

Ton problème, c'est d'inverser cette formule. On ne veut pas le Volume à partir de d , mais on veut d, connaissant le volume.
C'est une équation du 3ème degré. Et malheureusement, il n'y a pas de formule magique pour inverser cette formule : il n'y a pas de formule automatique qui donne d quand V et D sont imposés.

Donc une solution, c'est de tâtonner.
Pour un couple (Poids, Diamètre Intérieur) imposé, tu essaies une valeur de d, et tu calcules le poids avec la formule ci-dessus. Selon que le résultat obtenu est inférieur ou supérieur au Poids recherché, tu augmentes ou tu diminues la section du tore.
Une valeur approchée est donnée par la formule que je donnais dans ma première réponse. La vraie valeur sera forcément un peu plus petite ( 1% à 5% plus petite en gros )


merci bcp du coup je vais continuer de tâtonner
moi qui croyez que en math tout était possible ....je suis déçu :(

Pisigma
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Re: RECHERCHE SPÉCIALISTES EN MATHÉMATIQUES

par Pisigma » 30 Juin 2021, 16:18

mathématiquement c'est possible;tu pourrais trouver les solutions des équations du 3e degré mais tu devrais

les calculer à chaque coup car personnellement, je pense que tu ne pourrais pas faire tous les calculs même à l'aide d'un PGM informatique, et insérer les réponses dans un tableau Excel

P.S.: si tu en as le courage et surtout le temps tu pourrais utiliser ce pgm https://calculis.net/resoudre-equation-troisieme-degre qui résous des équations du 3e degré , mais ça serait long! :pleur4:

 

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