Proportionnalité : corrigés des exercices de maths en 4ème.

Exercice 1 : tube d’acier-problème de proportionnalité.
Pour cette correction, nous allons utiliser les relations de proportionnalité. La masse est proportionnelle à la longueur du tube d’acier.

1. Pour calculer la masse d’un tube de 5 m :

Soit \( L_1 = 3.4 \) m la longueur du premier tube et \( M_1 = 41.7 \) kg sa masse.

La masse par mètre de tube d’acier est :
\[ d = \frac{M_1}{L_1} = \frac{41.7}{3.4} \approx 12.26 \frac{\text{kg}}{\text{m}} \]

Pour une longueur \( L_2 = 5 \) m, la masse \( M_2 \) est :
\[ M_2 = d \times L_2 = 12.26 \times 5 \approx 61.3 \, \text{kg} \]

Arrondir à l’unité:
\[ M_2 \approx 61 \, \text{kg} \]

2. Pour déterminer la longueur \( L_3 \) d’un tube de masse \( M_3 = 8.34 \) kg :

Utilisons la même densité linéique \( d \) calculée précédemment.
\[ L_3 = \frac{M_3}{d} = \frac{8.34}{12.26} \approx 0.68 \, \text{m} \]

Ainsi, la longueur du tube est d’environ:

\[ L_3 \approx 0.68 \, \text{m} \]

Exercice 2 : problème du panda-proportionnalité
1. Calcul de la masse de bambous mangée par le panda en 13 jours :

Le panda mange 45,6 kg de bambous en 2 jours, soit par jour :

\[
\frac{45,6 \, \text{kg}}{2 \, \text{jours}} = 22,8 \, \text{kg/jour}
\]

En 13 jours, il mangera donc :

\[
22,8 \, \text{kg/jour} \times 13 \, \text{jours} = 296,4 \, \text{kg}
\]

2. Calcul du nombre de jours pour manger 1 tonne (1000 kg) de bambous :

En 1 jour, il mange 22,8 kg, donc pour 1000 kg, il lui faut :

\[
\frac{1000 \, \text{kg}}{22,8 \, \text{kg/jour}} \approx 43,86 \, \text{jours}
\]

Arrondi à l’unité :

\[
\approx 44 \, \text{jours}
\]

Exercice 3 : calcul de la quatrième proportionnelle.
Calculons \( x \) dans chaque tableau de proportionnalité en utilisant les produits en croix.

1. Premier tableau :
\[
\frac{16}{125} = \frac{24}{x}
\]
En utilisant le produit en croix, nous obtenons :
\[
16 \times x = 125 \times 24
\]
\[
x = \frac{125 \times 24}{16}
\]
\[
x = \frac{3000}{16}
\]
\[
x = 187.5
\]

2. Deuxième tableau :
\[
\frac{80}{54} = \frac{15}{x}
\]
En utilisant le produit en croix, nous obtenons :
\[
80 \times x = 54 \times 15
\]
\[
x = \frac{54 \times 15}{80}
\]
\[
x = \frac{810}{80}
\]
\[
x = 10.125
\]

3. Troisième tableau :
\[
\frac{x}{42} = \frac{625}{12}
\]
En utilisant le produit en croix, nous obtenons :
\[
x \times 12 = 625 \times 42
\]
\[
x = \frac{625 \times 42}{12}
\]
\[
x = \frac{26250}{12}
\]
\[
x = 2187.5
\]

Exercice 4 : mathématiques et environnement .
1. Commençons par le calcul du temps nécessaire pour remplir un arrosoir de 10 L. Sachant que la pompe a un débit de \(3 000 \, \text{L/h}\), nous devons convertir le débit en litres par minute pour plus de commodité :

\[
\text{Débit en L/min} = \frac{3 000 \, \text{L}}{60 \, \text{min}} = 50 \, \text{L/min}
\]

Ensuite, on calcule le temps \( t \) nécessaire pour remplir 10 L en utilisant la formule \( t = \frac{\text{volume}}{\text{débit}} \) :

\[
t = \frac{10 \, \text{L}}{50 \, \text{L/min}} = 0{,}2 \, \text{minutes}
\]

2. Pour remplir une citerne de \(1 440 \, \text{L}\), on utilise à nouveau la formule \( t = \frac{1 440 \, \text{L}}{3 000 \, \text{L/h}} \) :

\[
t = \frac{1 440 \, \text{L}}{3 000 \, \text{L/h}} = 0{,}48 \, \text{heures}
\]

Convertissons ce temps en minutes pour mieux appréhender la valeur :

\[
0{,}48 \, \text{heures} \times 60 \, \text{min/h} = 28{,}8 \, \text{minutes}
\]

En arrondissant à l’unité près, \(28{,}8 \, \text{minutes}\) devient \(29 \, \text{minutes}\).

3. Marion fait fonctionner sa pompe pendant 12 minutes. Sachant que la pompe a un débit de \(50 \, \text{L/min}\) :

\[
\text{Quantité d’eau utilisée} = 12 \, \text{min} \times 50 \, \text{L/min} = 600 \, \text{L}
\]

4. Si Marion oublie de fermer sa pompe pendant 2 jours (soit 48 heures), la quantité d’eau utilisée sera :

\[
\text{Quantité d’eau utilisée} = 48 \, \text{h} \times 3 000 \, \text{L/h} = 144 000 \, \text{L}
\]

Fin de la correction.

Exercice 5 : vitesse moyenne et proportionnalité .
L’objet se déplace à la vitesse de \(100 \, \text{m/s}\).

Pour convertir cette vitesse en km/h, nous utilisons la relation suivante :
\[ 1 \, \text{m/s} = 3.6 \, \text{km/h} \]

Donc,
\[ 100 \, \text{m/s} = 100 \times 3.6 \, \text{km/h} = 360 \, \text{km/h} \]

L’objet se déplace donc à \(360 \, \text{km/h}\). Les autres vitesses proposées (\(36 \, \text{km/h}\) et \(3600 \, \text{km/h}\)) ne sont pas correctes.

Exercice 6 : vitesse moyenne d’un véhicule
Convertissons d’abord la vitesse d’Emma en mètres par seconde (m/s).

On sait que :
\[ 1 \, \text{km/h} = \frac{1000 \, \text{m}}{3600 \, \text{s}} = \frac{5}{18} \, \text{m/s} \]

Alors, pour convertir 90 km/h en m/s, nous avons :
\[ 90 \, \text{km/h} = 90 \times \frac{5}{18} \, \text{m/s} = 90 \times 0.277 \, \text{m/s} = 25 \, \text{m/s} \]

Comparons maintenant les vitesses :

– Vitesse de Noah : \( 2 \, \text{m/s} \)
– Vitesse d’Emma : \( 25 \, \text{m/s} \)

Donc, Emma est plus rapide que Noah.

La réponse finale est donc qu’Emma est plus rapide.

Exercice 7 : vitesse moyenne d’une girafe .
1.
a. Convertir 250 m en km:

\[ 250 \text{ m} = \frac{250}{1000} \text{ km} = 0.25 \text{ km} \]

b. Combien de temps met-elle pour parcourir 250 m à cette vitesse ?

\[
\text{Temps} = \frac{\text{Distance}}{\text{Vitesse}} = \frac{0.25 \text{ km}}{50 \text{ km/h}} = \frac{0.25}{50} \text{ h} = 0.005 \text{ h}
\]

Convertissons 0.005 heures en secondes pour une meilleure compréhension:

\[
0.005 \text{ h} = 0.005 \times 3600 \text{ s} = 18 \text{ s}
\]

2. Quelle distance parcourt-elle en 3 min à cette vitesse ?

\[
3 \text{ min} = 3 \times 60 \text{ s} = 180 \text{ s} = \frac{180}{3600} \text{ h} = 0.05 \text{ h}
\]

Distance parcourue en 0.05 h à 50 km/h:

\[
\text{Distance} = \text{Vitesse} \times \text{Temps} = 50 \text{ km/h} \times 0.05 \text{ h} = 2.5 \text{ km}
\]

Exercice 8 : eclair et vitesse moyenne, proportionnalité .
La vitesse du son est donnée par:
\[ v = 340 \, \text{m/s} \]

Le temps qu’il faut pour entendre le tonnerre après avoir vu l’éclair est:
\[ t = 8 \, \text{s} \]

La distance \( d \) à laquelle se trouve l’éclair peut être calculée en utilisant la formule de la distance:
\[ d = v \times t \]

Substituons les valeurs données:
\[ d = 340 \, \text{m/s} \times 8 \, \text{s} \]
\[ d = 2720 \, \text{m} \]

Donc, la distance à laquelle vous vous trouvez de l’éclair est:
\[ d = 2720 \, \text{m} \]

Exercice 9 : aire de la portion d’un disque
Pour calculer l’aire de la zone grisée, nous devons d’abord déterminer l’aire du secteur circulaire \(\overset{\frown}{BAC}\) et l’aire du triangle \(ABC\), puis soustraire l’aire du triangle \(ABC\) de celle du secteur circulaire.

1. Calcul de l’aire du secteur circulaire \(\overset{\frown}{BAC}\):

La formule pour l’aire d’un secteur circulaire de rayon \(r\) et d’angle au centre \(\theta\) (en radians) est :
\[
A_{\text{secteur}} = \frac{1}{2} r^2 \theta
\]
L’angle au centre est de \(40^\circ\), que nous devons convertir en radians. Sachant que \(180^\circ = \pi\) radians, nous avons :
\[
40^\circ = \frac{40 \pi}{180} = \frac{2 \pi}{9} \text{ radians}
\]
Donc, en utilisant \(r = 4 \text{ cm}\), nous obtenons :
\[
A_{\text{secteur}} = \frac{1}{2} \times 4^2 \times \frac{2 \pi}{9} = \frac{1}{2} \times 16 \times \frac{2 \pi}{9} = \frac{16 \pi}{9} \text{ cm}^2
\]

2. Calcul de l’aire du triangle \(ABC\):

La formule pour l’aire d’un triangle est:
\[
A_{\text{triangle}} = \frac{1}{2} a b \sin(\theta)
\]
Ici, \(a = b = 4 \text{ cm}\) et \(\theta = 40^\circ\). Nous utilisons donc :
\[
A_{\text{triangle}} = \frac{1}{2} \times 4 \times 4 \times \sin(40^\circ) = 8 \sin(40^\circ) \text{ cm}^2
\]
En utilisant la valeur approximative \(\sin(40^\circ) \approx 0.6428\), nous trouvons :
\[
A_{\text{triangle}} \approx 8 \times 0.6428 = 5.1424 \text{ cm}^2
\]

3. Aire de la zone grisée :

Pour obtenir l’aire de la zone grisée, nous soustrayons l’aire du triangle \(ABC\) de l’aire du secteur circulaire :
\[
A_{\text{grisé}} = A_{\text{secteur}} – A_{\text{triangle}} = \frac{16 \pi}{9} – 5.1424
\]
Approximativement, en utilisant \(\pi \approx 3.1416\) :
\[
A_{\text{secteur}} \approx \frac{16 \times 3.1416}{9} \approx 5.583
\]
Donc,
\[
A_{\text{grisé}} \approx 5.583 – 5.1424 = 0.4406 \text{ cm}^2
\]

L’aire de la zone grisée arrondie au \(cm^2\) près est donc \(0 \,cm^2\).

Exercice 10 : volume d’eau et proportionnalité
1. Pour 6 litres de liquide, traçons une ligne verticale depuis \(6\) sur l’axe \(x\) (Volume d’eau liquide en L) jusqu’à ce qu’elle rencontre la droite de proportionnalité. De ce point, une ligne horizontale est tracée jusqu’à l’axe \(y\) (Volume de glace en L). Nous constatons que la ligne horizontale rencontre l’axe \(y\) à \(7.5\).

Ainsi, le volume de glace obtenu à partir de \(6\) litres de liquide est \(7.5\) litres.

2. Pour obtenir \(10\) litres de glace, traçons une ligne horizontale depuis \(10\) sur l’axe \(y\) (Volume de glace en L) jusqu’à ce qu’elle rencontre la droite de proportionnalité. De ce point, une ligne verticale est tracée jusqu’à l’axe \(x\) (Volume d’eau liquide en L). Nous constatons que la ligne verticale rencontre l’axe \(x\) à \(8\).

Ainsi, il faut mettre à geler \(8\) litres de liquide pour obtenir \(10\) litres de glace.

3. Oui, le volume de glace est proportionnel au volume d’eau liquide. Pour vérifier la proportionnalité, on divise le volume de glace par le volume d’eau liquide :

\[ \frac{V_{\text{glace}}}{V_{\text{eau}}} = \frac{10}{8} = 1.25 \]

Le coefficient de proportionnalité \(k\) est \( \frac{5}{4} = 1.25 \), soit:

\[ k = 1.25 \]

Ainsi,

\[ V_{\text{glace}} = k \times V_{\text{eau}} \]

Ce qui confirme que le volume de glace est proportionnel au volume d’eau liquide avec un coefficient de proportionnalité de \(1.25\).

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