Série 6 — longueur, aire, volume

Sur elev, cette leçon vient avec des exercices corrigés sur le moment, un indice quand votre enfant bloque et le suivi de ses progrès.

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Dix questions, douze minutes. Une série entièrement bâtie sur un seul enchaînement.

Si toutes les longueurs d'une figure sont multipliées par kk, les aires le sont par k2k^{2} et les volumes par k3k^{3}. Dans ce sens, aucune racine n'apparaît. C'est le retour — d'une aire ou d'un volume vers une longueur — qui en fabrique une.

Le réflexe qui règle toute la série : ramenez-vous toujours au rapport des longueurs d'abord, puis remontez vers ce qu'on demande. Sauter directement d'une aire à un volume est l'erreur que la moitié des distracteurs exploite.

Exercices

Exercice 1

On double toutes les arêtes d'un cube. Par combien son volume est-il multiplié ?

  1. 22
  2. 44
  3. 88
  4. 66
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Réponse : C 88

Corrigé :

V=c3V = c^{3}

Le volume dépend du cube de la longueur.

(2c)3=8c3(2c)^{3} = 8c^{3}

La bonne réponse : « 88 ». « 22 » — le rapport des longueurs recopié. « 44 » — le rapport des aires : c'est la bonne réponse à la question sur la surface, pas sur le volume. « 66 » — le nombre de faces d'un cube, glissé là par confusion. L'exposant 33 du volume donne 232^{3}, et rien d'autre.

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Exercice 2

L'aire d'un carré est multipliée par 1616. Par combien son côté est-il multiplié ?

  1. 1616
  2. 88
  3. 44
  4. 256256
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Réponse : C 44

Corrigé :

k2=16k^{2} = 16

L'aire suit le carré du rapport des longueurs.

k=4k = 4

Le retour vers une longueur demande une racine.

La bonne réponse : « 44 ». « 1616 » — le rapport des aires recopié sur les longueurs. « 88 » — c'est 16:216 : 2 : la racine confondue avec la moitié. « 256256 » — c'est 16216^{2} : la montée au lieu de la descente. Descendre d'une aire vers une longueur, c'est prendre une racine carrée — le seul endroit du raisonnement où une racine apparaît.

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Exercice 3

Le rayon d'un cercle est multiplié par 33. Par combien son aire est-elle multipliée ?

  1. 2727
  2. 99
  3. 33
  4. 66
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Réponse : B 99

Corrigé :

A=πr2A = \pi r^{2}

L'aire dépend du carré du rayon.

π(3r)2=9πr2\pi (3r)^{2} = 9 \pi r^{2}

La bonne réponse : « 99 ». « 33 » — le rapport des longueurs, qui vaut pour le périmètre mais pas pour l'aire. « 66 » — c'est 3×23 \times 2 : l'exposant traité comme un facteur. « 2727 » — c'est 333^{3} : le rapport des volumes, alors qu'un cercle est une figure plane.

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Exercice 4

Le volume d'un cube est multiplié par 2727. Par combien son aire totale est-elle multipliée ?

  1. 2727
  2. 8181
  3. 99
  4. 33
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C 99

Corrigé :

k3=27⇒k=3\begin{aligned}k^{3} &= 27 \Rightarrow k \\ &= 3\end{aligned}

On redescend d'abord vers le rapport des longueurs.

k2=9k^{2} = 9

Puis on remonte vers les aires.

La bonne réponse : « 99 ». « 2727 » — le rapport des volumes recopié. « 33 » — le rapport des longueurs, la valeur intermédiaire prise pour la réponse. « 8181 » — c'est 27×327 \times 3, un raccourci sans fondement. Le chemin est toujours le même : volume → longueur → aire, jamais volume → aire directement.

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Exercice 5

Deux cubes ont des arêtes dans le rapport 1:21 : 2. Quel est le rapport de leurs aires totales ?

  1. 1:81 : 8
  2. 1:21 : 2
  3. 1:41 : 4
  4. 1:61 : 6
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Réponse : C 1:41 : 4

Corrigé :

aire∝c2\text{aire} \propto c^{2}

Le facteur 66 des six faces est le même des deux côtés : il se simplifie.

12:22=1:41^{2} : 2^{2} = 1 : 4

La bonne réponse : « 1:41 : 4 ». « 1:21 : 2 » — le rapport des longueurs. « 1:81 : 8 » — celui des volumes. « 1:61 : 6 » — le nombre de faces glissé dans le rapport, alors qu'il apparaît identiquement des deux côtés et disparaît. Les constantes de formule — 66, π\pi, 13\tfrac{1}{3} — se simplifient toujours dans un rapport ; seul l'exposant compte.

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Exercice 6

Un rectangle voit sa longueur doubler et sa largeur tripler. Par combien son aire est-elle multipliée ?

  1. 66
  2. 1212
  3. 55
  4. 3636
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Réponse : A 66

Corrigé :

A=L×lA = L \times l

L'aire est un produit de deux longueurs.

(2L)(3l)=6Ll(2L)(3l) = 6 L l

Les deux facteurs se multiplient entre eux.

La bonne réponse : « 66 ». « 55 » — les deux facteurs additionnés. « 3636 » — c'est 626^{2} : la règle du carré appliquée alors que les deux dimensions changent différemment ; k2k^{2} ne vaut que si toutes les longueurs sont multipliées par le même kk. « 1212 » — un doublement de trop. C'est la nuance importante de la série : la règle k2k^{2} suppose une figure agrandie de façon uniforme.

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Exercice 7

L'aire d'un disque est multipliée par 22. Par combien son rayon est-il multiplié ?

  1. 44
  2. 12\dfrac{1}{2}
  3. 2\sqrt{2}
  4. 22
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Réponse : C 2\sqrt{2}

Corrigé :

k2=2k^{2} = 2

L'aire suit le carré du rapport.

k=2≈1,41k = \sqrt{2} \approx 1{,}41

La bonne réponse : « 2\sqrt{2} ». « 22 » — le rapport des aires recopié ; il faudrait alors une aire multipliée par 44. « 44 » — c'est 222^{2} : la montée au lieu de la descente. « 12\tfrac{1}{2} » — l'inverse, comme si agrandir l'aire réduisait le rayon. Un contrôle de bon sens : le rayon doit grandir, mais moins vite que l'aire — donc entre 11 et 22.

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Exercice 8

Deux sphères ont des volumes dans le rapport 1:641 : 64. Quel est le rapport de leurs rayons ?

  1. 1:41 : 4
  2. 1:161 : 16
  3. 1:641 : 64
  4. 1:81 : 8
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : A 1:41 : 4

Corrigé :

k3=64k^{3} = 64

Un volume suit le cube du rapport des longueurs.

k=4k = 4

Racine cubique : 43=644^{3} = 64.

La bonne réponse : « 1:41 : 4 ». « 1:81 : 8 » — la racine carrée de 6464 au lieu de la cubique : c'est le piège central de la question. « 1:641 : 64 » — le rapport des volumes recopié. « 1:161 : 16 » — c'est le rapport des aires. La chaîne complète ici : rayons 1:41 : 4, aires 1:161 : 16, volumes 1:641 : 64.

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Exercice 9

Toutes les longueurs d'une maquette sont 110\tfrac{1}{10} de celles du bâtiment réel. Quel est le rapport des volumes ?

  1. 1:10001 : 1000
  2. 1:1001 : 100
  3. 1:301 : 30
  4. 1:101 : 10
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Réponse : A 1:10001 : 1000

Corrigé :

k=110k = \dfrac{1}{10}

Le rapport des longueurs.

k3=11000k^{3} = \dfrac{1}{1000}

La bonne réponse : « 1:10001 : 1000 ». « 1:101 : 10 » — le rapport des longueurs. « 1:1001 : 100 » — celui des aires, qui serait la bonne réponse pour une question sur la surface à peindre. « 1:301 : 30 » — c'est 10×310 \times 3 : l'exposant traité comme un facteur. C'est la forme la plus concrète de la règle : une maquette au dixième pèse mille fois moins que l'original.

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Exercice 10

L'aire totale d'un cube est multipliée par 44. Par combien son volume est-il multiplié ?

  1. 6464
  2. 88
  3. 22
  4. 44
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Réponse : B 88

Corrigé :

k2=4⇒k=2\begin{aligned}k^{2} &= 4 \Rightarrow k \\ &= 2\end{aligned}

Descente vers le rapport des longueurs.

k3=8k^{3} = 8

Remontée vers les volumes.

La bonne réponse : « 88 ». « 44 » — le rapport des aires recopié. « 22 » — le rapport des longueurs, la valeur intermédiaire. « 6464 » — c'est 434^{3} : le rapport des aires élevé au cube, comme si l'on pouvait sauter directement de l'aire au volume. Aire → longueur → volume, en deux temps, toujours.

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Exercice 11

Toutes les arêtes d'un cube sont multipliées par 55. Par combien son volume est-il multiplié ?

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Réponse : 125

Corrigé :

k=5k = 5

Le rapport des longueurs.

k3=125k^{3} = 125

Un volume suit le cube.

125125. Les pièges : 2525 (le facteur des aires) et 1515 (5×35 \times 3).

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Exercice 12

Si le rayon d'un cercle est multiplié par 44, son aire est multipliée par 88.

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Réponse : Faux

Corrigé :

A=πr2A = \pi r^{2}

L'aire suit le carré du rayon.

42=164^{2} = 16

Le facteur des aires.

Faux. L'aire est multipliée par 1616. Le 88 vient de 4×24 \times 2 : l'exposant traité comme un facteur.

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Exercice 13

Le volume d'un cube est multiplié par 1 0001\,000. Par combien son arête est-elle multipliée ?

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Réponse : 10

Corrigé :

k3=1 000k^{3} = 1\,000

Le volume suit le cube de l'arête.

k=10k = 10

La racine cubique.

1010. Le piège : 1 000≈31,6\sqrt{1\,000} \approx 31{,}6, une racine carrée là où il faut une racine cubique.

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