Exercices sur les Applications des Équations et Inéquations en Première

Exercice 1 : Problème de production

Une entreprise fabrique deux types de produits : A et B. La fabrication d'un produit A nécessite 2 heures de travail et 3 kg de matière première, tandis que la fabrication d'un produit B nécessite 3 heures de travail et 2 kg de matière première. L'entreprise dispose de 60 heures de travail et 90 kg de matière première par semaine.

  1. Posez le système d'inéquations modélisant les contraintes de production.
  2. Sachant que le bénéfice est de 40€ pour un produit A et 50€ pour un produit B, exprimez la fonction de bénéfice à maximiser.
  3. Déterminez graphiquement la production optimale pour maximiser le bénéfice.

1. Système d'inéquations :

  • 2x + 3y ≤ 60 (contrainte de temps)
  • 3x + 2y ≤ 90 (contrainte de matière première)
  • x ≥ 0 et y ≥ 0 (productions non négatives)

2. Fonction de bénéfice : B(x,y) = 40x + 50y

3. La solution optimale se trouve à l'intersection des deux contraintes :

  • 2x + 3y = 60
  • 3x + 2y = 90

En résolvant ce système, on trouve x = 20 et y = 15.

La production optimale est donc de 20 produits A et 15 produits B, pour un bénéfice maximal de 1550€.

Exercice 2 : Problème de géométrie

On souhaite construire un enclos rectangulaire le long d'un mur. On dispose de 100 mètres de clôture pour les trois autres côtés.

  1. Exprimez l'aire A de l'enclos en fonction de sa largeur x.
  2. Déterminez les dimensions de l'enclos pour que son aire soit maximale.

1. Si x est la largeur et y la longueur :

  • x + y + x = 100, donc y = 100 - 2x
  • A(x) = x(100 - 2x) = 100x - 2x²

2. Pour trouver le maximum :

  • A'(x) = 100 - 4x
  • A'(x) = 0 ⇔ x = 25

Les dimensions optimales sont : largeur = 25m, longueur = 50m

L'aire maximale est A(25) = 1250 m²

Exercice 3 : Problème de physique

Un objet est lancé verticalement vers le haut avec une vitesse initiale de 20 m/s depuis une hauteur de 1,5 m. Sa hauteur h (en mètres) en fonction du temps t (en secondes) est donnée par l'équation : h(t) = -4,9t² + 20t + 1,5

  1. Calculez la hauteur maximale atteinte par l'objet.
  2. Déterminez l'instant où l'objet touche le sol.

1. Hauteur maximale :

  • h'(t) = -9,8t + 20
  • h'(t) = 0 ⇔ t = 20/9,8 ≈ 2,04 s
  • h(2,04) ≈ 21,8 m

La hauteur maximale atteinte est environ 21,8 mètres.

2. L'objet touche le sol quand h(t) = 0 :

  • -4,9t² + 20t + 1,5 = 0
  • Résolution de cette équation du second degré : t ≈ 4,18 s

L'objet touche le sol après environ 4,18 secondes.

Exercice 4 : Problème économique

Une entreprise produit des widgets. Le coût total de production C(x) en euros pour x widgets est donné par : C(x) = 0,5x² + 10x + 1000. Le prix de vente unitaire est de 50€.

  1. Exprimez le bénéfice B(x) en fonction du nombre x de widgets produits et vendus.
  2. Déterminez le nombre de widgets à produire pour maximiser le bénéfice.
  3. Calculez ce bénéfice maximal.

1. Bénéfice : B(x) = Recette - Coût

  • B(x) = 50x - (0,5x² + 10x + 1000)
  • B(x) = -0,5x² + 40x - 1000

2. Pour maximiser le bénéfice :

  • B'(x) = -x + 40
  • B'(x) = 0 ⇔ x = 40

Le bénéfice est maximal pour une production de 40 widgets.

3. Bénéfice maximal :

  • B(40) = -0,5(40)² + 40(40) - 1000
  • B(40) = -800 + 1600 - 1000 = -200

Le bénéfice maximal est de 200€.