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I.​ Introduction au demi-cercle

Le demi-cercle est une figure géométrique fondamentale en mathématiques, décrite comme une moitié de cercle, obtenue en divisant un cercle en deux parties égales par un diamètre.​

A. Définition et représentation géométrique

La définition du demi-cercle repose sur la notion de cercle, qui est une figure plane fermée, résultant de la rotation d’un segment autour d’un point fixe appelé centre. Le demi-cercle est ainsi défini comme la partie d’un cercle située entre deux points diamétralement opposés.​ Cette figure géométrique peut être représentée graphiquement en utilisant des coordonnées cartésiennes ou polaires.​

La représentation géométrique du demi-cercle est caractérisée par son centre, son rayon et son arc.​ Le centre est le point équidistant de tous les points du demi-cercle, tandis que le rayon est le segment reliant le centre à un point quelconque du demi-cercle.​ L’arc, quant à lui, est la partie du cercle comprise entre les deux points diamétralement opposés.​

Cette représentation géométrique permet de mieux comprendre les propriétés et les caractéristiques du demi-cercle, qui seront utilisées pour les calculs de périmètre, d’aire et de centroïde.​

II.​ Périmètre du demi-cercle

Le périmètre du demi-cercle est la longueur de sa bordure, composée d’un arc de cercle et d’un diamètre, et est une grandeur importante en géométrie et en physique.​

Les formules de calcul du périmètre du demi-cercle sont fondées sur les propriétés géométriques du cercle.​ La formule générale est donnée par ⁚

  • P = πr + 2r, où P est le périmètre, r est le rayon du cercle et π est le nombre pi (environ 3,14).​
  • P = πd/2 + d, où d est le diamètre du cercle.​

Ces formules permettent de calculer le périmètre du demi-cercle à partir des dimensions du cercle.​ Il est important de noter que ces formules sont valables uniquement pour des demi-cercles réguliers, c’est-à-dire des demi-cercles obtenus en divisant un cercle en deux parties égales.​

Pour illustrer l’application des formules de calcul du périmètre du demi-cercle, considérons quelques exemples ⁚

  • Soit un demi-cercle de rayon r = 4 cm.​ Le périmètre est alors P = π(4) + 2(4) = 16,83 cm + 8 cm = 24,83 cm.​
  • Soit un demi-cercle de diamètre d = 10 cm.​ Le périmètre est alors P = π(10)/2 + 10 = 15,71 cm + 10 cm = 25,71 cm.​

Ces exemples montrent comment appliquer les formules de calcul pour obtenir le périmètre du demi-cercle à partir des dimensions du cercle.​ Il est important de noter que ces exemples sont simplifiés et que les calculs peuvent être plus complexes dans des situations réelles.​

III.​ Aire du demi-cercle

L’aire du demi-cercle est une mesure de la surface occupée par cette figure géométrique, calculée à partir du rayon ou du diamètre du cercle dont elle est issue.

A.​ Formules de calcul

Pour calculer l’aire du demi-cercle, plusieurs formules peuvent être utilisées en fonction des informations données.​ La formule la plus couramment utilisée est celle qui fait intervenir le rayon du cercle ⁚

  • A = (π × r²) / 2

Où A est l’aire du demi-cercle et r le rayon du cercle.​ Il est également possible de calculer l’aire à partir du diamètre ⁚

  • A = (π × d²) / 8

Où d est le diamètre du cercle. Enfin, si le périmètre du demi-cercle est connu, il est possible de calculer l’aire en utilisant la formule ⁚

  • A = P × r / 2

Où P est le périmètre du demi-cercle et r le rayon du cercle.

B. Exemples de calculs

Pour illustrer les formules de calcul de l’aire du demi-cercle, voici quelques exemples ⁚

Exemple 1 ⁚ Soit un demi-cercle de rayon 4 cm.​ Calculer son aire.​

  • A = (π × 4²) / 2 = 25,13 cm²

Exemple 2 ⁚ Soit un demi-cercle de diamètre 10 cm.​ Calculer son aire.​

  • A = (π × 10²) / 8 = 39,27 cm²

Exemple 3 ⁚ Soit un demi-cercle de périmètre 15 cm et de rayon 3 cm.​ Calculer son aire.​

  • A = 15 × 3 / 2 = 22,5 cm²

IV.​ Centroïde du demi-cercle

Le centroïde du demi-cercle est le point d’intersection des médianes, situé à une distance du centre égale à deux tiers du rayon, permettant de définir la position du centre de masse.​

A.​ Définition et propriétés

Le centroïde du demi-cercle est une notion fondamentale en géométrie et en physique, qui permet de définir la position du centre de masse d’une figure plane.​ Il est défini comme le point d’intersection des médianes du demi-cercle, c’est-àヾdire les droites qui divisent le demi-cercle en deux parties de même aire.​ Les propriétés du centroïde du demi-cercle sont nombreuses et variées.​ Notamment, il est situé à une distance du centre égale à deux tiers du rayon, ce qui facilite les calculs.​ De plus, le centroïde est invariant par translation et par rotation, ce qui signifie qu’il conserve sa position relative par rapport au demi-cercle lors de ces transformations.​ Enfin, le centroïde joue un rôle crucial dans l’étude des systèmes physiques, car il permet de définir la position du centre de masse d’un objet.

B.​ Formules de calcul

Les formules de calcul du centroïde du demi-cercle sont fondamentales pour résoudre les problèmes de géométrie et de physique. La première formule permet de calculer la coordonnée x du centroïde ⁚ x = 4r / (3π), où r est le rayon du cercle.​ La deuxième formule permet de calculer la coordonnée y du centroïde ⁚ y = r / 2.​ Ces formules sont valables pour tout demi-cercle, quel que soit son orientation dans le plan. Il est important de noter que ces formules sont basées sur les propriétés géométriques du demi-cercle et que leur démonstration nécessite une bonne maîtrise des concepts de base de la géométrie.​

Il est également possible de calculer les coordonnées du centroïde en utilisant les intégrales, mais cette méthode est plus complexe et nécessite une bonne maîtrise des concepts de calcul intégral.

V.​ Exercices corrigés

Cette partie propose trois exercices corrigés pour vous aider à appliquer les concepts théoriques étudiés précédemment et à améliorer vos compétences en résolution de problèmes de demi-cercle.​

A.​ Exercice 1 ⁚ Périmètre et aire d’un demi-cercle

Soit un demi-cercle de rayon 5 cm.​ Calculer son périmètre et son aire.​

Résolution ⁚

Pour calculer le périmètre du demi-cercle, nous utilisons la formule ⁚ P = (π × r) + 2r, où r est le rayon du cercle.​

Donc, P = (π × 5) + 2 × 5 = 15π + 10 ≈ 65,45 cm.

Pour calculer l’aire du demi-cercle, nous utilisons la formule ⁚ A = (π × r^2) / 2, où r est le rayon du cercle.​

Donc, A = (π × 5^2) / 2 = 25π / 2 ≈ 39,27 cm².​

Réponses ⁚ Le périmètre du demi-cercle est approximativement égal à 65٫45 cm et son aire est approximativement égale à 39٫27 cm².

B.​ Exercice 2 ⁚ Centroïde d’un demi-cercle

Soit un demi-cercle de centre O et de rayon 8 cm.​ Déterminer les coordonnées du centroïde G du demi-cercle.​

Résolution ⁚

Pour déterminer les coordonnées du centroïde G du demi-cercle, nous utilisons les formules ⁚ xG = (4r) / (3π) et yG = (4r) / (3π).​

Donc, xG = (4 × 8) / (3π) = 32 / (3π) ≈ 3,39 cm et yG = (4 × 8) / (3π) = 32 / (3π) ≈ 3,39 cm.​

Réponses ⁚ Les coordonnées du centroïde G du demi-cercle sont approximativement égales à (3,39 ; 3,39) cm.​

Note ⁚ Le centroïde G est situé sur l’axe de symétrie du demi-cercle, à une distance du centre O égale à 4r / (3π).​

C. Exercice 3 ⁚ Applications en physique

Un câble de traction est fixé à un poteau vertical et forme un demi-cercle de rayon 5 m.​ Calculer la longueur du câble nécessaire pour maintenir une charge de 200 N.​

Résolution ⁚

Pour résoudre ce problème, nous devons d’abord calculer le périmètre du demi-cercle ⁚ P = (π × r) + 2r = (π × 5) + 2 × 5 = 15π + 10 ≈ 65,45 m.​

Ensuite, nous pouvons utiliser la loi de Hooke pour déterminer la longueur du câble nécessaire ⁚ F = k × ΔL, où k est la constante de raideur et ΔL est l’allongement du câble.

En résolvant ce système, nous obtenons la longueur du câble nécessaire ⁚ L ≈ 65,45 m.​

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