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Exercices – Chapitre 8

Activités géométriques (STD2A) | Première technologique — série STD2A | Mathématiques

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Rappels utiles :

Exercice 1 — Rosace hexagonale (vitrail)

On dessine une rosace en répétant un pétale par rotations autour du centre \(O\).

1. Quel angle de rotation choisir pour obtenir exactement 6 pétales régulièrement répartis ?

2. On inscrit la rosace dans un hexagone régulier de côté \(a=5\ \text{cm}\). Calculer son périmètre et son aire.

1. \(\dfrac{360^\circ}{6}=60^\circ\).

2. \(P=6\times5=30\ \text{cm}\) ; \(\mathcal{A}=\dfrac{3\sqrt3}{2}\times 5^2=\dfrac{75\sqrt3}{2}\approx 64{,}95\ \text{cm}^2\).

Exercice 2 — Mosaïque d'octogones (sol carrelé)

Un carreleur pose des octogones réguliers de côté \(a=10\ \text{cm}\).

1. Donner la mesure d'un angle intérieur de l'octogone.

2. Deux octogones adjacents laissent-ils, à leur rencontre, un espace ? Justifier par la somme des angles autour d'un point (indication : deux octogones apportent \(2\times135^\circ\)).

1. \(180^\circ-\dfrac{360^\circ}{8}=135^\circ\).

2. Autour d'un sommet, deux octogones occupent \(270^\circ\) ; il reste \(360^\circ-270^\circ=90^\circ\) : un petit carré comble l'espace (pavage classique octogones + carrés). Les octogones seuls ne pavent donc pas.

Exercice 3 — Frise de tissu (analyse d'un motif)

Sur un ruban, un triangle rectangle décoré se reproduit régulièrement, chaque copie étant obtenue de la précédente par un glissement horizontal de \(4\ \text{cm}\).

1. Nommer la transformation qui engendre la frise et donner son paramètre.

2. Décrire le motif élémentaire.

3. Combien de motifs sur une bordure de \(1{,}20\ \text{m}\) ?

1. Une translation horizontale de période \(4\ \text{cm}\).

2. Le motif élémentaire est le triangle rectangle décoré de largeur \(4\ \text{cm}\).

3. \(120\div4=30\) motifs.

Exercice 4 — Pavage à partir d'un parallélogramme (papier peint)

On pave un mur en translatant un parallélogramme selon deux vecteurs \(\vec u\) (horizontal, \(6\ \text{cm}\)) et \(\vec v\) (oblique, \(5\ \text{cm}\)).

1. Expliquer pourquoi ce parallélogramme est un motif élémentaire du pavage.

2. Sans classer le pavage, indiquer les transformations qui superposent le dessin à lui-même.

1. Ses images par toutes les combinaisons de \(\vec u\) et \(\vec v\) recouvrent le plan sans trou ni chevauchement : c'est la plus petite cellule qui, répétée, reconstitue tout.

2. Les translations de vecteurs \(m\vec u+n\vec v\) (\(m,n\) entiers) ; selon le décor, une éventuelle symétrie centrale au centre du parallélogramme.

Exercice 5 — Objet décoratif cylindrique (bougeoir)

Un bougeoir est un cylindre de révolution de rayon \(R=3\ \text{cm}\) et de hauteur \(h=8\ \text{cm}\).

1. Calculer son volume et son aire latérale.

2. On tranche le sommet par un plan oblique : quelle est la nature de la section ? Que vaut son petit axe ?

1. \(V=\pi R^2 h=\pi\times9\times8=72\pi\approx 226{,}2\ \text{cm}^3\) ; \(\mathcal{A}_{\text{lat}}=2\pi R h=2\pi\times3\times8=48\pi\approx 150{,}8\ \text{cm}^2\).

2. Une ellipse ; son petit axe vaut le diamètre \(2R=6\ \text{cm}\) (le grand axe, plus long, dépend de l'inclinaison).

Exercice 6 — Distance dans l'espace (structure)

Une pièce d'assemblage d'une maquette relie \(A(2\,;1\,;3)\) et \(B(6\,;4\,;15)\) (en cm) dans un repère orthonormal.

1. Calculer la longueur \(AB\).

2. Un troisième point \(C(2\,;1\,;15)\) est ajouté. Que vaut \(BC\) ? Que remarque-t-on sur la position de \(C\) par rapport à \(A\) ?

1. \(AB=\sqrt{(6-2)^2+(4-1)^2+(15-3)^2}=\sqrt{16+9+144}=\sqrt{169}=13\ \text{cm}\).

2. \(BC=\sqrt{(2-6)^2+(1-4)^2+(15-15)^2}=\sqrt{16+9+0}=\sqrt{25}=5\ \text{cm}\). Comme \(C\) a les mêmes \(x\) et \(y\) que \(A\), il est à la verticale de \(A\) (même colonne, cote plus haute).

Exercice 7 — Perspective cavalière (maquette)

Un cube d'arête \(6\ \text{cm}\) est dessiné en perspective cavalière (fuyantes à \(45^\circ\), coefficient \(k=0{,}5\)).

1. Quelle longueur, sur le dessin, mesurent les arêtes fuyantes ?

2. On grave sur une face un disque inscrit (rayon \(3\ \text{cm}\)). Expliquer en une phrase comment le représenter correctement en cavalière.

3. La face gravée est parallèle au plan du dessin : le disque y est-il déformé ?

1. \(6\times0{,}5=3\ \text{cm}\).

2. Tracer le carré circonscrit au disque, le mettre en perspective (parallélogramme), puis l'ellipse tangente aux milieux des côtés.

3. Non : une face frontale est en vraie grandeur, le disque y reste un cercle ; il ne deviendrait une ellipse que sur une face vue en oblique.

Exercice 8 — Problème type : logo circulaire à coin arrondi

Un graphiste dessine un logo : un contour formé de deux segments droits perpendiculaires raccordés par un arc de cercle de rayon \(\rho=2\ \text{cm}\), puis un disque décoratif de rayon \(3\ \text{cm}\) posé à côté.

1. À quelle condition l'arc raccorde-t-il chaque segment sans cassure ? Où se trouve le centre \(O\) de l'arc ?

2. Les deux droites font un angle droit. En quels points \(T_1,T_2\) l'arc touche-t-il les segments par rapport à \(O\) ?

3. Le logo est ensuite représenté sur une boîte en perspective cavalière, le disque étant gravé sur une face vue en oblique. Quelle courbe obtient-on à la place du disque, et comment la construire proprement ?

1. Le raccordement est lisse ⇔ chaque segment est tangent au cercle, c'est-à-dire perpendiculaire au rayon au point de contact. Le centre \(O\) est sur la bissectrice de l'angle, à distance \(\rho=2\ \text{cm}\) de chaque droite.

2. \(T_1\) et \(T_2\) sont les pieds des perpendiculaires abaissées de \(O\) sur chaque droite (les rayons \([OT_1]\) et \([OT_2]\) sont perpendiculaires aux droites).

3. Le disque devient une ellipse. On trace le carré circonscrit au disque (côté \(6\ \text{cm}\), tangences aux milieux des côtés + diagonales), on le dessine en cavalière (→ parallélogramme), on reporte milieux et diagonales, puis on trace l'ellipse passant par les 8 points et tangente aux côtés en leurs milieux.