Trajectoire d'un projectile

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Fonctions de référence
Type : Exercice | Année : 2020 | Académie : Inédit

Fonctions de référence

Trajectoire d’un projectile

30 min

4 points

Intérêt du sujet  La trajectoire d’un projectile est ici modélisée par la courbe représentative d’une fonction qui fait intervenir la fonction logarithme népérien. Cherchons la hauteur maximale atteinte et l’angle de la tangente à l’origine.

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Lors d’une expérience en laboratoire, on lance un projectile dans un milieu fluide. L’objectif est de déterminer pour quel angle de tir θ par rapport à l’horizontale la hauteur du projectile ne dépasse pas 1,6 mètre.

Comme le projectile ne se déplace pas dans l’air mais dans un fluide, le modèle parabolique usuel n’est pas adopté.

On modélise ici le projectile par un point qui se déplace, dans un plan vertical, sur la courbe représentative de la fonction f définie sur l’intervalle [0 ; 1[ par :

fx=bx+2ln1x

b est un paramètre réel supérieur ou égal à 2, x est l’abscisse du projectile, f(x) son ordonnée, toutes les deux exprimées en mètres.

1. La fonction f est dérivable sur l’intervalle [0 ; 1[. On note f sa fonction dérivée.

On admet que la fonction f possède un maximum sur l’intervalle [0 ; 1[ et que, pour tout réel x de l’intervalle [0 ; 1[ : f(x)= bx+b21x.

Montrer que le maximum de la fonction f est égal à b2+2ln2b.

2. Déterminer pour quelles valeurs du paramètre b la hauteur maximale du projectile ne dépasse pas 1,6 mètre.

3. Dans cette question, on choisit = 5,69.

L’angle de tir θ correspond à l’angle entre l’axe des abscisses et la tangente à la courbe de la fonction f au point d’abscisse 0 comme indiqué sur le schéma donné ci-dessus.

Déterminer une valeur approchée au dixième de degré près de l’angle θ.

Les clés du sujet

2. Étudiez les variations de la fonction qui, à tout réel b supérieur ou égal à 2, associe b2+2ln2b. Justifiez, en utilisant le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, qu’il existe une unique valeur pour laquelle l’image par la fonction choisie est égale à 1,6. Concluez sur les valeurs qui satisfont la contrainte de hauteur maximale.

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