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Les parties de cet exercice sont indépendantes et chacune d'entre elles peut être réalisée seul(e) ou en groupe. Les élèves mettent leurs résultats en commun pour résoudre le problème.
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Énoncé
Trois amis, Alice, Boris et Chloé, réalisent la section d'un cube ABCDEFGH de
côté 4 unités par un plan (IJK), où I, J et K sont trois points non alignés appartenant à des faces du cube.
Ils s'intéressent à la nature exacte des sections qu'il est possible d'obtenir.
Ils construisent alors le cube ci-contre (à télécharger sur
) et
se placent par la suite dans le repère orthonormé de l'espace (A;i,j,k) où i=41AB ; j=41AD et k=41AE.
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Partie 1
Alice réalise trois découpages différents où au
moins deux des trois points I, J et K appartiennent à une même face.
1. Placer sur un premier cube les points I(0;0;2) ; J(2;0;4) et K(0;1;4) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
2. Placer sur un deuxième cube les points I(0;1;4) ; J(3;0;4) et K(4;0;3) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
3. Placer sur un troisième cube les points I(0;4;3) ; J(4;2;2) et K(4;0;1) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
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Partie 2
Boris réalise trois découpages différents où au moins deux des trois points I,J et K appartiennent
à une même face.
1. Placer sur un premier cube les points I(0;1;4) ; J(2;0;4) et K(3;0;0) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
2. Placer sur un deuxième cube les points I(3;0;0) ; J(0;0;3) et K(4;2;0) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
3. Placer sur un troisième cube les points I(4;1;2) ; J(4;2;4) et K(4;0;1) puis représenter la trace de la section obtenue et la caractériser.
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Partie 3
Chloé réalise un découpage où les points I, J et K sont sur des faces différentes.
1. Placer sur le cube les points I(2;0;0) ; J(4;4;1) et K(0;3;4).
2. Pourquoi n'est-il pas évident de construire la section recherchée ? Que pourrait-on alors faire pour construire cette section ?
3.a. Déterminer une représentation paramétrique de la droite (IJ) ainsi qu'une équation cartésienne du plan (ADH).
b. En déduire les coordonnées du point L, intersection de (IJ) avec (ADH), puis le placer.
c. Représenter la trace de la section recherchée puis la caractériser.
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Mise en commun
On réalise la section d'un cube par un plan (IJK) tel que définis dans l'énoncé.
1. Pour quelle raison cette section ne peut-elle pas être une arête ? Un heptagone ? Un octogone ?
2. Quelles sont les différentes natures possibles pour la section recherchée ?
3. En distinguant deux cas de figure, comment peut-on faire, de manière générale, pour représenter la trace de la section recherchée ?