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Sujet CRPE 2024 Mathématiques · Groupement 1 : corrigé

Exercice 1 – Périmètre, volume, cylindreVoir le corrigé ↓

Un enseignant d'une classe de CM1 dans la commune de Rennes fait construire aux élèves un pluviomètre pour relever les quantités de précipitations pendant les dix mois de l'année scolaire. Les élèves doivent amener une bouteille d'eau en plastique pour cette réalisation.

Partie A

Pour réaliser son pluviomètre, Jules, un élève de la classe, coupe la bouteille comme l'indique la figure ci-contre. Il construit ensuite un axe gradué en partant du fond du pluviomètre avec des graduations d'unité \(1\) cm.

Dans les questions 1 et 2, on assimile le pluviomètre de Jules à un cylindre de diamètre \(8\text{,}4\) cm et de hauteur \(15\) cm.

On rappelle que le volume d'un cylindre d'aire de base \(B\) et de hauteur \(h\) est égal à \(Bh\).

Bouteille d'eau en plastique avec une zone de découpe en pointillés ; la partie basse conservée mesure 15 cm de haut et 8,4 cm de large.
A.1
Jules souhaite découper une étiquette rectangulaire de largeur \(2\) cm qui fasse le tour du pluviomètre pour écrire son prénom. Déterminer une valeur approchée par excès au millimètre près de la longueur minimale de cette étiquette.
A.2
Déterminer la valeur exacte, puis une valeur arrondie au centilitre du volume en litres du pluviomètre.
A.3

Inès a oublié sa bouteille. Jules lui propose de lui donner la partie haute de sa bouteille, en plaçant le bouchon en bas pour former son pluviomètre.

Les trois courbes ci-dessous représentent le volume d'eau recueilli en cm\(^3\) en fonction de la hauteur d'eau mesurée en cm. Identifier la courbe qui correspond au pluviomètre de Jules et celle qui correspond au pluviomètre d'Inès. Aucune justification n'est attendue.

Trois courbes donnant le volume d'eau en cm³ selon la hauteur d'eau en cm, de 0 à 15 cm. Courbe 1 : part de 0, croît lentement puis de plus en plus vite, jusqu'à environ 450. Courbe 2 : croît d'abord vite puis de plus en plus lentement, jusqu'à environ 220. Courbe 3 : droite passant par l'origine, jusqu'à environ 830.

Partie B

L'ensemble de la classe utilise un pluviomètre similaire à celui élaboré par Jules. En fin d'année scolaire, les élèves font le bilan des relevés effectués chaque mois. Dans le cadre d'un projet visant à comparer les différents climats en France, la même expérience est menée dans une école de la commune de Lyon.

Document 1 : relevés mensuels de précipitations dans le pluviomètre de Jules durant l'année scolaire 2022/2023 à RennesDocument 2 : bilan des relevés mensuels de précipitations dans un pluviomètre de l'école lyonnaise pour les dix mois de l'année scolaire 2022/2023
MoisHauteur d'eau (mm)
Septembre\(65\)
Octobre\(103\)
Novembre\(24\)
Décembre\(122\)
Janvier\(53\)
Février\(44\)
Mars\(19\)
Avril\(27\)
Mai\(57\)
Juin\(134\)
Résultats mensuels de septembre 2022 à juin 2023 :
Moyenne : \(70\text{,}6\) mm
Médiane : \(58\) mm
Hauteur minimale : \(18\) mm
Hauteur maximale : \(179\) mm
Les valeurs relevées sont toutes différentes.
B.1
Parmi ces deux villes, déterminer celle qui a connu les plus fortes précipitations mensuelles en moyenne durant les dix mois de l'année scolaire 2022-2023.
B.2
Calculer et comparer les étendues des précipitations mensuelles à Rennes et à Lyon durant cette période.
B.3
L'affirmation suivante est-elle exacte ? Justifier. « Dans la commune de Lyon, il y a \(5\) mois de l'année scolaire 2022-2023 pendant lesquels les précipitations mensuelles ont été supérieures ou égales à \(70\text{,}6\) mm. »
Voir le corrigé de l'exercice 1

A.1

Bouteille d'eau en plastique avec une zone de découpe en pointillés ; la partie basse conservée mesure 15 cm de haut et 8,4 cm de large.

Corrigé

Le tour du pluviomètre est le périmètre du cercle de diamètre \(8\text{,}4\) cm :

\(P=\pi\times8\text{,}4\approx26\text{,}389\) cm.

Valeur approchée par excès au millimètre : \(26\text{,}4\) cm.

Pour comprendre en détail

Par excès : on arrondit vers le haut (\(26\text{,}389\to26\text{,}4\)). Ici l'arrondi habituel donne le même résultat, mais pour \(26\text{,}31\) l'excès donnerait \(26\text{,}4\) et l'arrondi usuel \(26\text{,}3\). Une étiquette trop courte ne ferait pas le tour du pluviomètre.

A.2

Corrigé

\(V=\pi\times4\text{,}2^2\times15=264\text{,}6\,\pi\) cm\(^3\) (valeur exacte).

\(1\) L \(=1\text{ }000\) cm\(^3\) donc \(V=0\text{,}2646\,\pi\) L \(\approx0\text{,}831\) L, soit environ \(0\text{,}83\) L au centilitre.

Pour comprendre en détail

Un centilitre est \(0\text{,}01\) L : on garde deux décimales en litres. Contrôle d'ordre de grandeur : \(55\) cm\(^2\) de base \(\times15\) cm \(\approx830\) cm\(^3\).

A.3

Corrigé

Jules : courbe n°3 (cylindre : volume proportionnel à la hauteur, courbe droite passant par l'origine).

Inès : courbe n°1 (la section est étroite au bouchon puis s'élargit : le volume croît d'abord lentement puis de plus en plus vite).

Pour comprendre en détail

Pour Jules, \(V=B\times h\) avec \(B\approx55\text{,}4\) cm\(^2\) constant : droite de pente \(55\text{,}4\), qui atteint environ \(830\) cm\(^3\) à \(15\) cm (cohérent avec la courbe 3 et avec la question A.2).

La pente de la courbe représente l'aire de la section à la hauteur considérée : une section qui grandit donne une courbe de plus en plus pentue.

B.1

Corrigé

Rennes : \(\dfrac{65+103+24+122+53+44+19+27+57+134}{10}=\dfrac{648}{10}=64\text{,}8\) mm.

Lyon : \(70\text{,}6\) mm (donnée du document 2).

\(70\text{,}6>64\text{,}8\) : c'est à Lyon que les précipitations mensuelles moyennes ont été les plus fortes.

B.2

Corrigé

Rennes : \(134-19=115\) mm. Lyon : \(179-18=161\) mm.

L'étendue est plus grande à Lyon (\(161>115\)) : les précipitations y varient davantage d'un mois à l'autre.

Pour comprendre en détail

L'étendue ne dépend que des deux valeurs extrêmes : elle mesure la dispersion, pas le niveau moyen.

B.3

Corrigé

La médiane de Lyon est \(58\) mm : au moins la moitié des mois, c'est-à-dire \(5\) mois, ont eu des précipitations supérieures ou égales à \(58\) mm.

Cela ne dit rien pour la valeur \(70\text{,}6\) mm (la moyenne), qui est supérieure à la médiane : certains de ces \(5\) mois peuvent être entre \(58\) et \(70\text{,}6\) mm. L'affirmation n'est donc pas justifiée : elle est fausse en général.

Pour comprendre en détail

Une série compatible avec le document 2 qui contredit l'affirmation

\(18\ ;\ 20\ ;\ 30\ ;\ 40\ ;\ 55\ ;\ 61\ ;\ 100\ ;\ 101\ ;\ 102\ ;\ 179\) : les \(10\) valeurs sont différentes, le minimum est \(18\), le maximum \(179\), la médiane \(\dfrac{55+61}{2}=58\), la moyenne \(\dfrac{706}{10}=70\text{,}6\). Pourtant seuls \(4\) mois dépassent \(70\text{,}6\) mm.

À retenir : la médiane partage la série en deux moitiés ; la moyenne, influencée par les valeurs extrêmes, ne se compare pas à la médiane pour compter des effectifs.

📘 Revoir la méthode : fiches Statistiques · Aires et volumes dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 2 – Rationnels, décimaux, quotientVoir le corrigé ↓

Pour chacune des affirmations suivantes, dire si elle est vraie ou fausse en justifiant la réponse. Une réponse sans justification ne sera pas prise en considération lors de la correction.

1
Affirmation 1 : le nombre \(0\text{,}28\) est un nombre rationnel.
2
On considère deux nombres réels strictement positifs \(a\) et \(b\). Affirmation 2 : le quotient de \(a\) par \(b\) est strictement inférieur au nombre \(a\).
3
Affirmation 3 : le produit de deux entiers naturels impairs est un entier naturel impair.
4

Dans le repère ci-contre, la droite \((d)\) est la représentation graphique d'une fonction affine \(f\). La droite \((d)\) passe par les points de coordonnées \((1\,;0\text{,}5)\) et \((0\,;2)\).

Repère avec une droite (d) décroissante passant par le point (0 ; 2) et le point (1 ; 0,5), coupant l'axe des abscisses un peu après x = 1.

Affirmation 4 : pour tout nombre réel \(x\), \(f(x)=2x-1\text{,}5\).

5

La figure ci-contre n'est pas en vraie grandeur. On a tracé deux cercles de centre A : le cercle \((C_1)\) de rayon \(7\text{,}8\) cm et le cercle \((C_2)\) de rayon \(2\text{,}4\) cm. Le segment [DE] mesure \(2\text{,}9\) cm. A, D et B sont alignés. A, E et C sont alignés.

Deux cercles de même centre A. Sur le petit cercle (C2) : les points D et E ; sur le grand cercle (C1) : les points B et C. A, D, B sont alignés et A, E, C sont alignés. Les segments [BC] et [DE] sont tracés.

Affirmation 5 : la longueur BC arrondie au millimètre est égale à \(9\text{,}4\) cm.

Voir le corrigé de l'exercice 2

1

Corrigé

\(0\text{,}28=\dfrac{28}{100}=\dfrac{7}{25}\) : quotient de deux entiers, donc rationnel.

L'affirmation est vraie.

Pour comprendre en détail

Tout nombre décimal est rationnel : c'est une fraction de dénominateur \(10\), \(100\), \(1\text{ }000\)…

2

Corrigé

Contre-exemple : \(a=1\) et \(b=0\text{,}5\). \(\dfrac ab=\dfrac1{0\text{,}5}=2>1=a\).

L'affirmation est fausse.

Pour comprendre en détail

\(\dfrac ab1\) (pour \(a>0\)). L'affirmation n'est vraie que si \(b>1\).

3

Corrigé

Soient \(a=2k+1\) et \(b=2k'+1\) deux entiers impairs (\(k\), \(k'\) entiers naturels).

\(ab=(2k+1)(2k'+1)=4kk'+2k+2k'+1=2\,(2kk'+k+k')+1\).

\(2kk'+k+k'\) est un entier : \(ab\) est de la forme \(2K+1\), donc impair. L'affirmation est vraie.

Pour comprendre en détail

Tester quelques exemples (\(3\times5=15\), \(7\times9=63\)) ne prouve rien ; la lettre \(k\) permet de traiter tous les entiers impairs d'un coup.

4

Repère avec une droite (d) décroissante passant par le point (0 ; 2) et le point (1 ; 0,5), coupant l'axe des abscisses un peu après x = 1.

Corrigé

\(f\) est affine : \(f(x)=ax+b\). La droite passe par \((0\,;2)\), donc \(f(0)=b=2\).

Avec \(2x-1\text{,}5\), on aurait \(f(0)=-1\text{,}5\neq2\) : l'affirmation est fausse.

Pour comprendre en détail

Autres raisons : la droite est décroissante, son coefficient directeur est négatif alors que celui de \(2x-1\text{,}5\) est \(+2\). Le vrai coefficient est \(a=\dfrac{0\text{,}5-2}{1-0}=-1\text{,}5\), d'où \(f(x)=-1\text{,}5x+2\).

5

Deux cercles de même centre A. Sur le petit cercle (C2) : les points D et E ; sur le grand cercle (C1) : les points B et C. A, D, B sont alignés et A, E, C sont alignés. Les segments [BC] et [DE] sont tracés.

Corrigé

\(\text{AB}=\text{AC}=7\text{,}8\) cm (rayon de \((C_1)\)) et \(\text{AD}=\text{AE}=2\text{,}4\) cm (rayon de \((C_2)\)).

D est sur [AB] et E sur [AC], avec \(\dfrac{\text{AD}}{\text{AB}}=\dfrac{\text{AE}}{\text{AC}}=\dfrac{2\text{,}4}{7\text{,}8}\) : d'après la réciproque du théorème de Thalès, (DE) \(\parallel\) (BC), et le triangle ABC est un agrandissement de ADE de coefficient \(k=\dfrac{7\text{,}8}{2\text{,}4}=3\text{,}25\).

\(\text{BC}=k\times\text{DE}=3\text{,}25\times2\text{,}9=9\text{,}425\), soit \(9\text{,}4\) cm au millimètre. L'affirmation est vraie.

Pour comprendre en détail

Le coefficient \(\dfrac{13}{4}=3\text{,}25\) est le rapport des rayons : les deux triangles sont isocèles de même angle au sommet A, donc semblables.

Attention : \(9\text{,}425\) s'arrondit au millimètre (\(1\) décimale en cm) à \(9\text{,}4\), le chiffre des centièmes (\(2\)) étant inférieur à \(5\).

📘 Revoir la méthode : fiches Calcul littéral et équations · Nombres et arithmétique dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 3 – Agrandissement, patron, cubeVoir le corrigé ↓

Pour consolider l'addition de deux nombres entiers en début de cycle 2, un enseignant propose à des élèves d'une classe de CP d'utiliser des dés.

Partie A

Les dés utilisés par les élèves sont assimilés à des cubes de côté \(19\) mm dont les faces sont numérotées de \(1\) à \(6\). Ils sont conçus de telle sorte que la somme des nombres indiqués sur deux faces opposées est égale à \(7\).

A
Construire un agrandissement de coefficient \(2\) d'un patron d'un tel dé en attribuant un numéro à chacune des faces.

Partie B

Le jeu consiste à lancer deux dés et à additionner les nombres obtenus sur les faces supérieures. On considère que ces deux dés sont équilibrés.

B.1
Donner tous les résultats possibles de cette expérience aléatoire.
B.2
Déterminer la probabilité de l'événement : « La somme obtenue est égale à \(4\) ».
B.3.a
Quelle somme a la plus grande probabilité d'apparaître ?
B.3.b
Quelle est cette probabilité ?

Partie C

Plus tard dans l'année, l'enseignant utilise une variante du jeu pour faire calculer des différences. Le jeu consiste désormais à lancer deux dés et à déterminer l'écart entre les deux nombres obtenus sur les faces supérieures, c'est-à-dire la différence entre le plus grand et le plus petit de ces deux nombres.

C
Dans le contexte de cette variante du jeu, proposer un exemple d'événement dont la probabilité est égale à \(\dfrac16\).
Voir le corrigé de l'exercice 3

A

Corrigé

Le côté du dé est \(19\) mm : dans l'agrandissement de coefficient \(2\), chaque face est un carré de côté \(2\times19=38\) mm.

On dessine un patron de cube (six carrés de \(38\) mm, par exemple en croix) et on numérote les faces de façon que les faces opposées totalisent \(7\) : \(1\) et \(6\), \(2\) et \(5\), \(3\) et \(4\).

126534
Patron du dé (carrés de \(38\) mm de côté)

Pour comprendre en détail

Dans une bande de quatre carrés, deux carrés séparés par un seul carré sont opposés : ici \(1\) et \(6\), \(2\) et \(5\). Les carrés au-dessus et au-dessous de la bande sont opposés entre eux : \(3\) et \(4\). D'autres patrons et d'autres numérotations sont possibles tant que les paires \(\{1,6\}\), \(\{2,5\}\), \(\{3,4\}\) sont opposées.

B.1

Corrigé

Les résultats possibles sont les entiers de \(2\) (\(1+1\)) à \(12\) (\(6+6\)) : \(2\ ;3\ ;4\ ;5\ ;6\ ;7\ ;8\ ;9\ ;10\ ;11\ ;12\).

Pour comprendre en détail

Tableau à double entrée (sommes)
+123456
1234567
2345678
3456789
45678910
567891011
6789101112

Les \(36\) cases sont équiprobables ; le tableau sert aux questions suivantes.

B.2

Corrigé

La somme \(4\) s'obtient avec \((1\,;3)\), \((2\,;2)\), \((3\,;1)\) : \(3\) issues sur \(36\).

\(P=\dfrac3{36}=\dfrac1{12}\).

Pour comprendre en détail

Erreur fréquente : compter \(11\) issues (les sommes de \(2\) à \(12\)) : elles ne sont pas équiprobables. Les \(36\) couples le sont.

B.3.a

Corrigé

La somme \(7\) apparaît \(6\) fois (la plus longue diagonale), plus que toute autre : c'est la somme la plus probable.

B.3.b

Corrigé

\(P(7)=\dfrac6{36}=\dfrac16\).

Pour comprendre en détail

Ses « voisines » \(6\) et \(8\) apparaissent \(5\) fois chacune : les probabilités décroissent de part et d'autre de \(7\).

C

Corrigé

Événement : « l'écart est égal à \(0\) », c'est-à-dire « les deux dés donnent le même nombre ». Il y a \(6\) issues favorables \((1;1),\dots,(6;6)\) sur \(36\) : \(P=\dfrac6{36}=\dfrac16\).

Autre exemple : « l'écart est égal à \(3\) » : \((1;4),(4;1),(2;5),(5;2),(3;6),(6;3)\) : \(6\) issues sur \(36\), \(P=\dfrac16\).

Pour comprendre en détail

Répartition de tous les écarts
Écart012345
Issues sur 366108642

Total \(6+10+8+6+4+2=36\) ✔. Seuls les écarts \(0\) et \(3\) ont la probabilité \(\dfrac16\).

S'entraîner sur le même thèmeProbabilités →

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Exercice 4 – Vitesse, conversion, pourcentagesVoir le corrigé ↓

Piste de course en forme de stade : un rectangle prolongé à gauche et à droite par deux demi-cercles ; le départ est en haut à droite et le sens de course est vers la gauche.

Une enseignante entraîne les élèves de sa classe de CM1 à la course longue sur une piste d'une longueur totale de \(200\) m ayant la forme ci-dessus.

Partie A

Afin d'aider les élèves dans le relevé de leur performance, l'enseignante dispose huit plots équidistants tout au long de la piste. Les élèves forment des binômes et se répartissent les rôles : l'un d'entre eux court, l'autre l'observe et note la distance parcourue puis ils inversent leurs rôles. L'enseignante demande aux élèves de courir pendant \(5\) minutes et de compléter la fiche suivante. La distance retenue est la distance entre le point de départ et le dernier plot franchi. Voici les résultats d'un binôme :

PrénomNombre de tours complets parcourusNombre de plots franchis dans le tour incompletDistance parcourue (en m)
Lola41825
Joris34700
A.1.a
Justifier que Lola a bien parcouru la distance affichée dans le tableau.
A.1.b
Déterminer sa vitesse moyenne en m/min.
A.2
Déterminer la vitesse moyenne de Joris en km/h.
A.3
Exprimer, en pourcentage arrondi à l'unité, la distance supplémentaire parcourue par Lola par rapport à celle parcourue par Joris.

Partie B

L'enseignante utilise un tableur pour calculer la distance parcourue et la vitesse moyenne de chaque élève de la classe.

Feuille de calcul. Colonnes : A prénom, B nombre de tours complets parcourus, C nombre de plots franchis dans le tour incomplet, D distance parcourue en mètres, E vitesse moyenne en km/h. Lignes 2 à 6 : Lola 4, 1, 825, 9,9 ; Joris 3, 4, 700 ; Anne 3, 7, 775 ; Léa 2, 7, 575 ; Noah 3, 3, 675.
B.1
Donner une formule qui peut être saisie dans la cellule D2 puis recopiée vers le bas pour obtenir le tableau complété.
B.2
Donner une formule qui peut être saisie dans la cellule E2 puis recopiée vers le bas pour obtenir le tableau complété.
B.3

L'enseignante rassemble les résultats des distances parcourues par les élèves dans le tableau ci-dessous.

Distance parcourue (m)550575625650675700750775825850
Effectif2142361321

Déterminer la distance moyenne parcourue par les élèves de cette classe.

Partie C

La piste est représentée par le trait continu sur le schéma ci-contre. Elle a été obtenue à partir d'un rectangle et de deux demi-cercles dont les diamètres sont égaux à la largeur du rectangle. Le format du rectangle, c'est-à-dire le quotient \(\dfrac{\text{longueur du rectangle}}{\text{largeur du rectangle}}\), est égal à \(\dfrac53\).

Piste en forme de stade : un rectangle prolongé de deux demi-cercles dont le diamètre est la largeur du rectangle. Le départ est en haut à droite.
C.1.a
Dans cette question, on suppose que la longueur du rectangle est de \(20\) m. Montrer que la largeur du rectangle est alors de \(12\) m.
C.1.b
Déterminer un arrondi au mètre de la longueur de la piste.
C.2
Déterminer la longueur et la largeur du rectangle afin que la piste ait une longueur totale de \(200\) m. Arrondir au centimètre chaque dimension.
Voir le corrigé de l'exercice 4

A.1.a

Piste de course en forme de stade : un rectangle prolongé à gauche et à droite par deux demi-cercles ; le départ est en haut à droite et le sens de course est vers la gauche.

Corrigé

Huit plots équidistants sur une piste de \(200\) m : \(\dfrac{200}{8}=25\) m entre deux plots consécutifs.

Lola a fait \(4\) tours complets et franchi \(1\) plot : \(4\times200+1\times25=825\) m.

A.1.b

Corrigé

\(v=\dfrac{825}{5}=165\) m/min.

A.2

Corrigé

Joris : \(700\) m \(=0\text{,}7\) km en \(5\) min \(=\dfrac1{12}\) h.

\(v=\dfrac{0\text{,}7}{\frac1{12}}=0\text{,}7\times12=8\text{,}4\) km/h.

Pour comprendre en détail

Autre méthode : \(\dfrac{700}{5}=140\) m/min, puis \(140\times60=8\text{ }400\) m/h \(=8\text{,}4\) km/h (\(1\) m/min \(=0\text{,}06\) km/h).

A.3

Corrigé

\(\dfrac{825-700}{700}=\dfrac{125}{700}=\dfrac5{28}\approx0\text{,}179\), soit environ \(18\,\%\).

Pour comprendre en détail

Attention à la référence : « par rapport à celle de Joris » : on divise par \(700\), pas par \(825\) (qui donnerait \(15\,\%\)).

B.1

Corrigé

En D2 : =B2*200+C2*25

B.2

Corrigé

En E2 : =D2/1000*12 ou =D2*0,012

Pour comprendre en détail

\(D\) mètres en \(5\) min, c'est \(\dfrac D{1\text{ }000}\) km en \(\dfrac1{12}\) h, soit \(\dfrac D{1\text{ }000}\times12=0\text{,}012\,D\) km/h. Pour Lola : \(825\times0\text{,}012=9\text{,}9\) ✔.

B.3

Corrigé

Effectif total : \(2+1+4+2+3+6+1+3+2+1=25\).

Somme : \(2\times550+575+4\times625+2\times650+3\times675+6\times700+750+3\times775+2\times825+850=17\text{ }275\).

Moyenne : \(\dfrac{17\text{ }275}{25}=\) \(691\) m.

Pour comprendre en détail

Erreur fréquente : faire la moyenne des dix distances sans tenir compte des effectifs.

C.1.a

Piste en forme de stade : un rectangle prolongé de deux demi-cercles dont le diamètre est la largeur du rectangle. Le départ est en haut à droite.

Corrigé

\(\dfrac{20}{\ell}=\dfrac53\) donc \(\ell=20\times\dfrac35=12\) m.

C.1.b

Corrigé

Longueur de la piste \(=2\times20+\pi\times12=40+12\pi\approx77\text{,}7\) m, soit environ \(78\) m.

Pour comprendre en détail

Deux demi-cercles de diamètre \(12\) m ont ensemble pour longueur la circonférence d'un cercle de diamètre \(12\) m : \(\pi\times12\).

C.2

Corrigé

Soit \(\ell\) la largeur : la longueur est \(\dfrac53\ell\). La piste mesure \(2\times\dfrac53\ell+\pi\ell=\left(\dfrac{10}3+\pi\right)\ell\).

\(\left(\dfrac{10}3+\pi\right)\ell=200\) donc \(\ell=\dfrac{200}{\frac{10}3+\pi}=\dfrac{600}{10+3\pi}\approx30\text{,}89\) m.

Longueur : \(\dfrac53\times30\text{,}8885\approx51\text{,}48\) m.

Le rectangle mesure environ \(51\text{,}48\) m sur \(30\text{,}89\) m.

Pour comprendre en détail

Vérification : \(2\times51\text{,}48+\pi\times30\text{,}89\approx102\text{,}96+97\text{,}04=200\text{,}0\) ✔.

Arrondi : on calcule la longueur à partir de la largeur non arrondie (\(30\text{,}8885\)), pas de \(30\text{,}89\), pour ne pas cumuler les erreurs d'arrondi.

📘 Revoir la méthode : fiches Pourcentages et proportionnalité · Calcul littéral et équations dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 5 – Suites de motifs, expressions littérales, inéquationsVoir le corrigé ↓

Un géoplan est une planche carrée qui comporte des picots espacés régulièrement autour desquels peuvent être accrochés des élastiques de longueurs variées.

Un enseignant propose à des élèves d'une classe de CM d'utiliser un géoplan dans le but de réaliser des figures géométriques.

Photographie d'un géoplan carré : planche portant 25 picots en 5 lignes de 5 ; des élastiques sont posés à côté.

Partie A

L'enseignant donne la consigne suivante à un groupe d'élèves : « Vous réaliserez le tour du géoplan en formant des carrés les plus petits possibles. Utilisez un élastique différent pour la construction de chaque carré. Ces carrés seront ainsi placés au plus près des bords du géoplan ».

Sur l'image ci-contre, l'élève a commencé en construisant les trois premiers carrés du tour du géoplan.

Géoplan de 25 picots (5 lignes de 5) : trois carrés de côté une unité sont déjà construits côte à côte sur la ligne du haut, à partir du coin supérieur gauche.
A.1
Montrer que l'élève doit construire \(12\) carrés pour réaliser le tour d'un géoplan de \(25\) picots.
A.2
Déterminer le nombre de carrés nécessaires pour réaliser le tour d'un géoplan de \(81\) picots.
A.3
On note \(n\) un entier naturel supérieur ou égal à \(2\). Justifier que le nombre de carrés nécessaires pour réaliser le tour d'un géoplan de \(n^2\) picots est donné par l'expression \(4n-8\).
A.4
On dispose d'un nombre d'élastiques permettant de construire \(107\) carrés pour réaliser le tour d'un géoplan. Déterminer le nombre maximal de picots de ce géoplan. Justifier la réponse.

Partie B

L'enseignant propose ensuite aux élèves de réaliser librement une figure géométrique sur un géoplan de \(25\) picots. Sur le géoplan, deux picots contigus horizontalement ou verticalement sont séparés de \(3\) cm. Un élève a réalisé la figure ci-contre. On négligera l'épaisseur des picots pour répondre aux questions suivantes.

Géoplan de 25 picots avec un élastique tendu : il relie le picot en haut à gauche, trois picots plus loin sur la première ligne, descend d'un picot sur la verticale, rejoint en diagonale le picot en bas à gauche de la 5e ligne, puis remonte le long du bord gauche.
B.1
Construire la figure réalisée par l'élève en vraie grandeur.
B.2.a
Déterminer l'aire en cm\(^2\) de cette figure.
B.2.b
Déterminer la valeur exacte du périmètre de cette figure.
B.3

Un programme réalisé sur le logiciel « Scratch » permet de construire la figure ci-dessous :

Même figure tracée sur le géoplan : la construction part du coin supérieur gauche vers la droite.

En prenant \(3\) cm pour \(70\) pas, déterminer les valeurs à attribuer aux lettres A, B et C pour que le script proposé ci-dessous permette de construire cette figure. On prendra une valeur approchée à l'unité pour B. Le point de départ de la figure a pour coordonnées \((-140\,;140)\). On rappelle que « s'orienter à \(90\) » permet de s'orienter vers la droite.

Script Scratch : quand drapeau cliqué ; effacer tout ; aller à x : −140 y : 140 ; s'orienter à 90 ; stylo en position d'écriture ; mettre la taille du stylo à 3 ; avancer de 210 pas ; tourner à droite de 90 degrés ; avancer de 70 pas ; tourner à droite de A degrés ; avancer de B pas ; tourner à droite de C degrés ; avancer de 280 pas ; relever le stylo.
Voir le corrigé de l'exercice 5

A.1

Géoplan de 25 picots (5 lignes de 5) : trois carrés de côté une unité sont déjà construits côte à côte sur la ligne du haut, à partir du coin supérieur gauche.

Corrigé

Un géoplan de \(25\) picots a \(5\) lignes de \(5\) picots : sur un côté, on construit \(4\) carrés.

Le tour comprend \(4\) côtés de \(4\) carrés, mais les \(4\) carrés des coins sont comptés deux fois :

\(4\times4-4=12\) carrés.

Pour comprendre en détail

Autre décompte : le géoplan contient \(4\times4=16\) carrés unité ; ceux du bord sont les \(16\) carrés moins les \(2\times2=4\) carrés du centre : \(16-4=12\) ✔.

A.2

Corrigé

\(81\) picots : \(9\) lignes de \(9\) picots, donc \(8\) carrés par côté.

\(4\times8-4=28\) carrés.

Pour comprendre en détail

Contrôle par l'autre décompte : \(8\times8=64\) carrés unité au total, dont \(6\times6=36\) à l'intérieur : \(64-36=28\) ✔.

A.3

Corrigé

Un géoplan de \(n^2\) picots a \(n\) lignes de \(n\) picots, donc \(n-1\) carrés par côté.

Les \(4\) côtés comptent \(4(n-1)\) carrés, dont les \(4\) carrés des coins comptés deux fois :

\(4(n-1)-4=4n-4-4=4n-8\).

Pour comprendre en détail

Vérifications : \(n=5\) donne \(4\times5-8=12\) ✔ ; \(n=9\) donne \(28\) ✔.

Attention : la formule s'applique dès \(n=3\) (\(4\) carrés autour du carré central). Pour \(n=2\) (\(4\) picots), il n'y a qu'un seul carré et les quatre « coins » se confondent : le raisonnement par côtés ne s'applique plus tel quel.

A.4

Corrigé

Il faut \(4n-8\leqslant107\), soit \(4n\leqslant115\) et \(n\leqslant28\text{,}75\).

\(n\) est entier : \(n_{\max}=28\). Le nombre maximal de picots est \(28^2=\) \(784\) (le tour demande alors \(4\times28-8=104\) carrés).

Pour comprendre en détail

Piège : \(n=29\) donnerait \(4\times29-8=108>107\) carrés : trop. Et \(4n-8=107\) n'a pas de solution entière (le nombre de carrés est toujours un multiple de \(4\)).

B.1

Géoplan de 25 picots avec un élastique tendu : il relie le picot en haut à gauche, trois picots plus loin sur la première ligne, descend d'un picot sur la verticale, rejoint en diagonale le picot en bas à gauche de la 5e ligne, puis remonte le long du bord gauche.

Corrigé

La figure est un trapèze rectangle de sommets (en unités de \(3\) cm, depuis le coin supérieur gauche) : \((0\,;0)\), \((3\,;0)\), \((3\,;1)\), \((0\,;4)\). En cm : côté supérieur \(9\) cm, côté droit \(3\) cm, côté gauche \(12\) cm.

9 cm3 cm12 cm9√2 cm
Figure de l'élève (schéma réduit, \(1\) carreau \(=3\) cm)

Pour comprendre en détail

Pour la tracer en vraie grandeur : marquer \(\text{A}(0\,;0)\), \(\text{B}\) à \(9\) cm à droite, \(\text{C}\) à \(3\) cm sous B, \(\text{E}\) à \(12\) cm sous A, puis relier A–B–C–D–E–A en ayant placé D en bas du côté gauche. L'oblique joint C et le bas du côté gauche.

B.2.a

Corrigé

Bases : \(3\) cm et \(12\) cm ; hauteur : \(9\) cm.

\(\mathcal{A}=\dfrac{(3+12)\times9}{2}=67\text{,}5\) cm\(^2\).

Pour comprendre en détail

Autre calcul : rectangle \(9\times3=27\) cm\(^2\) + triangle rectangle de côtés \(9\) et \(9\) cm : \(\dfrac{9\times9}{2}=40\text{,}5\) cm\(^2\) ; \(27+40\text{,}5=67\text{,}5\) ✔.

B.2.b

Corrigé

Le côté oblique est l'hypoténuse d'un triangle rectangle isocèle de côté \(9\) cm : \(\ell^2=9^2+9^2=162\), donc \(\ell=9\sqrt2\) cm.

Périmètre : \(9+3+9\sqrt2+12=\) \(24+9\sqrt2\) cm (\(\approx36\text{,}7\) cm).

Pour comprendre en détail

On garde la valeur exacte \(9\sqrt2\) comme demandé, sans la remplacer par une valeur approchée.

B.3

Même figure tracée sur le géoplan : la construction part du coin supérieur gauche vers la droite.

Corrigé

A = 45 : le lutin, orienté vers le bas, doit pivoter vers le bas à gauche (la diagonale à \(45^\circ\)) : angle extérieur de \(45^\circ\), vers la droite du lutin.

B = 297 : l'oblique mesure \(9\sqrt2\) cm ; \(3\) cm \(\leftrightarrow70\) pas, donc \(\dfrac{9\sqrt2\times70}{3}=210\sqrt2\approx297\) pas.

C = 135 : à l'arrivée en bas, orienté à \(225^\circ\), le lutin doit être orienté vers le haut : rotation de \(135^\circ\) (angle extérieur du trapèze au sommet).

Pour comprendre en détail

Le côté de \(280\) pas final correspond bien au côté gauche de \(12\) cm (\(\dfrac{12}{3}\times70=280\)), et \(210\) pas au côté supérieur de \(9\) cm.

Contrôle des rotations : \(90+A+C+(\text{angle au départ})=360\) pour un polygone parcouru dans un sens : \(90^\circ\) (haut du côté droit) \(+45^\circ+135^\circ+90^\circ\) (retour au point de départ) \(=360\) ✔.

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