Les mesures manquantes des solides à partir de l’aire

Fiche | Mathématiques

​​Dans certains problèmes, il arrive que l'on connaisse l'aire d'un solide ainsi que toutes ses mesures, sauf une. Il faut donc savoir trouver cette mesure manquante.

La procédure à suivre pour trouver une mesure manquante dans un solide est généralement la même peu importe son type. Voici les principales étapes.

Règle
  1. Identifier les mesures données.

  2. Déterminer la formule à utiliser.

  3. Remplacer les variables par les mesures données.

  4. Isoler la variable recherchée.

Trouver la mesure manquante d'un cube

Il est possible de déterminer la mesure du côté d'un cube à partir de son aire. Pour ce faire, il faut se référer à la formule d'aire concernée (aire totale, aire latérale ou aire des bases) pour ensuite ​effectuer les opérations inverses afin de déterminer la mesure recherchée.

Exemple

Afin de permettre à la clientèle de voir le produit emballé, une compagnie de jouets insiste pour remplacer certaines faces de ses boites cubiques en carton par un épais matériau transparent. Pour commander le tout, la compagnie a besoin de connaitre les dimensions d’une boite. En sachant que l'aire totale d’une boite est de |2\ 646\ \text{cm}^2,| détermine la mesure des arêtes de ce cube.

Boite cubique dont la mesure des côtés est manquante

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Trouver la mesure manquante d'un prisme

Il est possible de déterminer la mesure manquante d'un prisme à partir de son aire. Pour ce faire, il faut se référer à la formule d'aire​ appropriée (aire totale, aire latérale ou aire des bases) et effectuer les opérations inverses afin de déterminer la mesure recherchée.

Exemple

Avant de faire sa livraison, un camionneur doit s'assurer que les dimensions de l'objet à transporter n'excèdent pas la largeur de sa remorque. Pour son prochain transport, il a seulement accès aux mesures identifiées sur l'image. Pour l'aider, détermine la mesure de la largeur de cette boite.

Boite de carton en forme de prisme rectangulaire dont la largeur est inconnue

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Trouver une mesure manquante dans un prisme

Trouver une mesure manquante dans un prisme

Moments dans la vidéo :

  • 00:00-Étapes à suivre
  • 00:28-Trouver la largeur d’un prisme
  • 03:31-Trouver la mesure d’un côté d’un cube

Trouver la mesure manquante d'un cylindre

Il est possible de déterminer la mesure manquante dans un cylindre à partir de son aire. Pour ce faire, il faut se référer à la formule d'aire​ appropriée (aire totale, aire latérale ou aire des bases) et effectuer les opérations inverses afin de déterminer la mesure recherchée.

Exemple

Sergueï veut enduire sa nouvelle poubelle cylindrique et refermable d’un enduit antirouille. Sa voisine lui parle d’un produit qui permet de couvrir sa poubelle de |1{,}335\ \text{m}^2| avec une seule canne d’enduit. Toutefois, la poubelle de Sergueï est deux fois plus haute que celle de sa voisine. Si sa voisine possède une poubelle de |0{,}5\ \text{m}| de diamètre, quelle est la hauteur de la poubelle de Sergueï?

Poubelle cylindrique dont la hauteur est inconnue

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Exemple

Quelle est la mesure du rayon d'une balle de tennis si on sait qu'un contenant de forme cylindrique pouvant contenir exactement 3 balles a une aire latérale de |379{,}84\ \text{cm}^2?|

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Trouver une mesure manquante dans un cylindre

Trouver une mesure manquante dans un cylindre

Moments dans la vidéo :

  • 00:00-Étapes à suivre
  • 00:35-Identifier les mesures données
  • 00:46-Déterminer la formule à utiliser
  • 01:14-Remplacer les variables données
  • 01:44-Isoler la variable recherchée

Trouver la mesure manquante d'une pyramide

Il est possible de déterminer la mesure manquante d’une pyramide à partir de son aire. Pour ce faire, il faut se référer à la formule d'aire​ appropriée (aire totale, aire latérale ou aire des bases) et effectuer les opérations inverses afin de déterminer la mesure recherchée.

Trouver une mesure de la base d’une pyramide

Exemple

Gabriela désire acheter un encensoir décoratif pour son salon. L’encensoir est une pyramide octogonale régulière. Le problème, c’est que Gabriela ne sait pas si la décoration peut tenir sur une tablette de |15\ \text{cm}| de profondeur.

Gabriela connait l’aire totale de l’encensoir, qui est de |789{,}12\ \text{cm}^2.| L’apothème de la pyramide est de |15\ \text{cm}| et la mesure d’un côté de l’octogone est de |8\ \text{cm}.|

L’encensoir peut-il entrer sur la tablette si l’apothème de la base |(\color{#3B87CD}{a_b})| est perpendiculaire au mur?

Encensoir en forme de pyramide octogonale régulière dont l’apothème de la base est inconnu

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Attention!

Dans le cas d’une pyramide régulière dont la base est un polygone régulier, il faut faire attention de ne pas confondre l’apothème de la base avec celui de la pyramide. 

Comme l’apothème est généralement identifié par la variable |a,| il est suggéré de les différencier en y ajoutant un indice. Ainsi, l’apothème de la pyramide devient |a_p| et l’apothème de la base devient |a_b.| Le choix de l’indice ou de la façon d’identifier ces 2 mesures peut différer.

Trouver la mesure de l’apothème d’une pyramide

Exemple

Stefan est un adepte de piano et il utilise fréquemment un vieux métronome qui a la forme d’une pyramide à base carrée.

Pour vernir son métronome, il désire connaitre la mesure de l’apothème de la pyramide. Il sait que la base du métronome mesure |10\ \text{cm}| et que son aire totale est de |512{,}4\ \text{cm}^2.| 

Quelle est la mesure de l’apothème du métronome?

Métronome en forme de pyramide à base carrée dont la mesure de l’apothème est manquante

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Trouver une mesure manquante dans une pyramide

Trouver une mesure manquante dans une pyramide

Trouver la mesure manquante d'u​n cône​​​​

Il est possible de déterminer la mesure manquante d’un cône à partir de son aire. Pour ce faire, il faut se référer à la formule d'aire​ appropriée (aire totale, aire latérale ou aire des bases) et effectuer les opérations inverses afin de déterminer la mesure recherchée.

Trouver la mesure de la base d’un cône

Exemple

​​À l'occasion de la fête de leur enfant, des parents se procurent des chapeaux en forme de cône afin d'en distribuer à tous les invités. Pour s'assurer que le modèle trouvé en ligne soit assez grand pour la tête des enfants, ils veulent connaitre la mesure du rayon du cercle à la base de cet accessoire.

Chapeau de fête conique dont la mesure du rayon est manquante

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Trouver la mesure de l’apothème d’un cône

Comme la pyramide et le cône ont une allure similaire, la démarche à suivre pour trouver la mesure de l'apothème d’un cône est la même que celle pour trouver cette même mesure dans une pyramide.

Exemple

Afin d'attirer plus de touristes, un centre de villégiature veut ​installer une remontée mécanique sur une montagne pour offrir une vue panoramique. Pour mener ce projet à terme, le centre a besoin de connaitre la distance entre le pied de la montagn​e et son sommet.

Grâce aux cartes topographiques de la région, on peut estimer l'aire latérale de cette montagne conique à |1{,}7\ \text{km}^2| et la mesure du rayon de sa base à |500\ \text{m}.| Selon ces données, quelle doit être la longueur, au mètre près, de la remontée mécanique?

Montagne conique avec une remontée mécanique

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Attention!

Pour la pyramide comme pour le cône, il arrive parfois qu’on doive déterminer la hauteur du solide à partir de l’aire alors que cette mesure ne se retrouve pas dans la formule de l’aire. Dans ces cas, il faut d’abord trouver l’apothème du solide ou le rayon de la base. Ensuite, il faut faire une étape supplémentaire, soit calculer la hauteur à l’aide du théorème de Pythagore.

Trouver la mesure de la hauteur​​ d'un cône ou d’une pyramide

Que ce soit pour une pyramide ou pour un cône, la démarche à suivre est très similaire.

Exemple

Lors du botté d'envoi d'une partie de football américain, il arrive souvent que les botteurs utilisent un petit support en forme de cône pour tenir le ballon en position verticale.

Si la pointe du ballon coïncide avec l'apex du cône, à quelle distance du sol se trouve le ballon lorsqu'il est sur son support?

Support à ballon de football conique dont la mesure de la hauteur est manquante

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Comme on peut le voir dans l’exemple précédent, il faut inévitablement trouver la mesure de l’apothème avant de déduire celle de la hauteur à l'aide du théorème de Pythagore. Autrement dit, trouver la hauteur d’un cône ou d’une pyramide à partir de l’aire exige quelques calculs de plus que ceux pour trouver l’apothème.

Attention!

Si, au lieu de l’aire latérale, on connait le volume d’un cône ou d’une pyramide ainsi que les dimensions de sa base, on peut alors trouver la hauteur directement. En effet, on retrouve bel et bien cette mesure dans la formule du volume des cônes et des pyramides. La formule du volume de ces solides est |V= \dfrac{A_b \times h}{3}.|

S’il faut trouver l’apothème d’un de ces solides à partir du volume, il faut donc commencer par trouver la hauteur. Puis, en utilisant le théorème de Pythagore, on trouve l’apothème. Pour voir un exemple, consulte la fiche Trouver la mesure de l’apothème d’une pyramide ou d’un cône.

Trouver la mesure manquante d'une sphère

Il est possible de calculer la mesure du rayon d'une sphère si son aire est connue. Pour y arriver, il suffit d'utiliser la formule d'aire de la sphère et d'effectuer les opérations inverses afin d'isoler le rayon.

Exemple

Quelle est la hauteur, en millimètres, d'une boule de billard traditionnelle?

Boule de billard dont la mesure de la hauteur est manquante

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Pour valider ta compréhension à propos des mesures manquantes dans les solides de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante :

MiniRécup

Exercice

Exercice

Trouver une mesure manquante à partir de l'aire d'un solide

Mathématiques Secondaire2-3