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CorrigéExtrait de la publication : "Activités mathématiques intégrant l'informatique en collège"
Résolution d'un problème de volume
Présentation de la séquence
Objectifs cognitifs :
Exprimer une grandeur en fonction d'une autre.
Objectifs méthodologiques :
Connaissances préalables :* en mathématiques : Savoir construire un parallélépipède rectangle.
* en informatique : Savoir utiliser un tableur.
Logiciel utilisé : WORKS.
Situation pédagogique :
* Un bilan en classe entière est à faire à la fin de la 1ère partie.
Commentaires sur la séquence
Première partie : Réalisation d'une boîte (travail papier)
Elle permet aux élèves de mieux comprendre le problème posé, en construisant plusieurs boîtes. Malgré les formes différentes, de nombreux élèves pensent que les boîtes ont le même volume. "Elle est moins large, mais elle est plus haute."
Le calcul du volume de chaque boîte va les convaincre de l'intérêt du problème.Deuxième partie : utilisation du tableur
Dans cette partie, les élèves doivent trouver la solution entière au problème. Pour cela ils doivent utiliser un tableur. Certains élèves commencent à remplir les cases du tableau avec les résultats de leurs calculs ou bien utilisent l'ordinateur comme une calculatrice ; ils se rendent compte rapidement de l'intérêt du tableur en utilisant des formules et la commande Recopier.
Cependant le passage à la formule n'est pas facile pour des élèves de 5ème ; d'autant plus que le tableur utilise le nom des cellules et non pas le nom des grandeurs : la formule donnant la longueur 42-2*c va s'écrire ici 42-2*A2, celle du volume L*l*h, C2*D2*E2. Avant la séquence des activités sur les écritures littérales peuvent être prévues en utilisant des notations différentes de l'habitude. En tout cas l'écriture des formules sur le document papier avant de les entrer à l'ordinateur semble souhaitable.
L'observation du tableau ou du graphique afin de trouver la solution entière au problème ne pose aucune difficulté.
Côté du carré à découper Volume de la boîte Hauteur de la boîte largeur de la boîte Longueur de la boîte 1 1108 1 27,7 40 2 1953,2 2 25,7 38 3 2559,6 3 23,7 36 4 2951,2 4 21,7 34 5 3152 5 19,7 32 6 3186 6 17,7 30 7 3077,2 7 15,7 28 8 2849,6 8 13,7 26 9 2527,2 9 11,7 24 10 2134 10 9,7 22 11 1694 11 7,7 20 12 1231,2 12 5,7 18 13 769,6 13 3,7 16 Troisième partie
Les élèves doivent trouver la solution au millimètre près. Une fois les modifications apportées en particulier colonne A, les élèves obtiennent facilement la réponse.
PROBLEME
On dispose d'une feuille de carton format A3 (L = 42 cm et l = 29,7 cm) dans laquelle on veut fabriquer une boîte sans couvercle.
Pour cela on découpe un carré dans chaque coin, puis on replie la feuille.
Quelle doit être la dimension du carré découpé pour que la boîte ait le plus grand volume possible
Première partie : Réalisation d'une boîte (travail papier)
I - Soit c la mesure, en cm, du côté des carrés à découper.
Quelles sont les valeurs possibles de c ?
Donner la réponse sous la forme : .......cm < c < ......cm.II - Construisez une boîte en prenant pour mesure du côté le nombre correspondant à celui de votre groupe. Entourez ce nombre dans le tableau ci-dessous :
Penser à mettre des languettes pour faciliter le collage.III - Calculer le volume de la boîte ainsi construite.
Pour cela, répondez aux questions ci-dessous :
Quelle est la hauteur h de la boîte ? h = ... cm
Calculez la longueur L de la boîte : L = ...............................................................
Calculez la largeur l de la boîte : l = ...............................................................
Calculez le volume V de la boîte : V = ...............................................................Refaire ces calculs pour une boîte construite à partir de carrés à découper de 10 cm de côté
Quelle est la hauteur h de la boîte ? h = ....... cm
Calculez la longueur L de la boîte : L = ...............................................................
Calculez la largeur l de la boîte : l = ...............................................................
Calculez le volume V de la boîte : V = ...............................................................Exprimer h, L,l et V en fonction du nombre c :
h = .....................
L = ...............................................................
l = .................................................................
V = ..............................................................
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de la publication : "Activité mathématiques intégrant l'outil informatique au collège"Deuxième partie : utilisation du tableur
I - Réalisez un tableau avec l'ordinateur. Indiquez d'abord les noms des élèves du groupe en En-tête ; dans Affichage, activez En-tête et pied de page.
1- Complétez la première ligne du tableau en utilisant le modèle ci-dessous.
Pour obtenir la même présentation, sélectionnez les cellules de A1 à E1 ; dans Format, activez Alignement ; cliquez sur Centré et Renvoi à la ligne automatique.
2 - Complétez la colonne A du tableau par toutes les valeurs entières possibles, en cm, du côté du carré à découper.
3 - Complétez la ligne 2 du tableau ci-dessous :
Dans la cellule D2 écrire la formule qui donne la longueur de la boîte en fonction du contenu de la cellule A2 ;
Dans la cellule E2 écrire la formule qui donne la largeur de la boîte en fonction du contenu de la cellule A2 ;
Dans la cellule B2 écrire la formule qui donne le volume de la boîte en fonction du contenu des cellules C2, D2 et E2 ;
Entrez ces formules. L'ordinateur fait les calculs ; vérifiez la vraisemblance des résultats.
4 - Complétez les colonnes B, C, D, et E en recopiant en une seule fois les formules des cellules B2, C2, D2 et E2 ; sélectionnez toutes les cellules de B2 à E15 puis, dans le menu Edition, activez Recopier vers le bas.
Pour comparer plus facilement les nombres de la colonne B, écrivez-les avec une décimale ;
pour cela dans Format, activez Nombre, puis cliquez sur Fixe et tapez 1.* Imprimez le tableau :
Dans le menu Fichier, activez Imprimer..., ou cliquez sur le bouton Imprimer de la barre d'outils. Dans la boîte de dialogue Imprimer, cliquez sur OK.Quelle est la valeur entière de c (au centimètre près) qui donne le plus grand volume ?
............................................................................................................................................II - Faire un graphique, courbe, montrant l'évolution du volume de la boîte en fonction du côté du carré à découper :
1 - Sélectionner uniquement les colonnes A et B du tableau des données.
2 - Dans le menu Outils activer Créer un nouveau graphique.... ou cliquer sur le bouton Nouveau graphique de la barre d'outils.
3 - Dans la boîte de dialogue Nouveau graphique :
- Quel type de graphique voulez-vous ? ; afficher Courbes.
- Titre du graphique ; Taper : Volume de la boîte ; cocher "Ajouter le quadrillage"
Comment vos données de feuille de calcul sont-elles organisées ?
1) Dans quelle direction vont vos séries ? ; cliquer sur Verticalement.
2) Première ligne contient ; cliquer sur Textes de légende.
3) Première colonne contient ; cliquer sur Etiquettes de catégorie.Avant de valider votre choix, en cliquant sur OK, faire appel au professeur.
Indiquez les noms des élèves du groupe en En-tête.
Imprimer le graphique
Le volume de la boîte est-il proportionnel au côté du carré à découper ? Que constatez-vous ? ....................................................................................................................................................................................................................
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Troisième partie
On dispose d'un instrument de mesure et de découpe très précis, qui permet de découper le carré au millimètre près. On voudrait connaître au millimètre prés la longueur du côté du carré qui donne le volume maximum.
I - Nous allons utiliser le tableau précédent ainsi que le graphique pour préciser la valeur de c.
Le tableau et le graphique nous indiquent que la valeur du coté du carré à découper qui nous donne le volume maximal se situe entre 5 cm et 7 cm.Reprenez le tableau précédent.
Dans la colonne A il faut entrer les valeurs du côté du carré, au millimètre près, qui sont entre 5 cm et 7 cm :
1 - Dans la cellule A2 taper 5,1 ;
2 - dans la cellule A3 taper =A2+0,1 ;
3 - Recopier la formule contenue dans la cellule A3 jusqu'à A22 :
sélectionner toutes les cellules de A3 à A22 puis, dans le menu Edition, activer
"Recopier vers le bas"Ne pas changer le contenu des autres colonnes.
Quelle est la longueur du côté du carré, au millimètre près, qui donne le volume maximum ?
...................................................................................................................................................................................................................II - Faire un graphique, courbe, en sélectionnant les deux première colonnes du tableau.
Imprimer le graphique.
Le graphique confirme-t-il la valeur trouvée dans le tableau ?
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