Mathématiques 1re Spécialité

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Chapitre 10
TP / TICE 2

Intersection entre un cercle et une droite

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Énoncé
On définit le cercle \mathcal{C} de centre \text{A}(4 \:; 5) et passant par \text{B}(-1\: ; 5). Pour tout réel k \in \mathbb{R}, on définit la droite d d'équation x = k.

Questions préliminaires :
1. Déterminer la longueur \text{AB.}

2. En déduire que x^2 + y^2 - 8x - 10y + 16 = 0 est une équation du cercle \mathcal{C}.
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Objectif
Déterminer le nombre de points d'intersection du cercle avec la droite x = k en fonction du paramètre k en utilisant une des trois méthodes.
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Méthode 1
GeoGebra (graphique)

1. Construction :
a. Placer les points \text{A} et \text{B} et tracer le cercle de centre \text{A} passant par \text{B.}
b. Créer un curseur k variant de -2 à 12 puis tracer la droite d'équation x = k .
c. En utilisant l'outil Intersection, faire apparaître les points \text{M} et \text{N,} intersections de la droite \text{d} et du cercle \mathcal{C}.

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2. Quelles sont les coordonnées du point d'intersection de la droite d'équation x = 8 avec \mathcal{C} ?

3. En faisant varier le curseur k, conjecturer, en fonction de la valeur k , le nombre de points d'intersection de la droite avec \mathcal{C}.
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Méthode 2
GeoGebra (calcul formel)

1. Dans GeoGebra, ouvrir une fenêtre de calcul formel. Le principe est que le logiciel effectue lui-même les calculs.
On cherche à trouver les points du cercle qui intersectent la droite d'équation x = 8 .

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a. Entrer l'équation du cercle sous la forme (x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}.
b. Utiliser l'outil Substituer et remplacer x par 8.
c. Utiliser l'outil Résoudre. Conclure.

2. On veut savoir pour quelles valeurs de k \in \mathcal{R} le cercle intersecte la droite d'équation x = k .
a. On reprend l'expression de départ et on substitue x par k .
Que peut-on dire du nombre (y - b)^2 ?

b. Trouver les valeurs de k pour lesquelles il y a une intersection.
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Méthode 3
Calculatrice

Pour trouver le nombre de points d'intersection entre \mathcal{C} et d, on peut trouver le nombre de solutions d'une équation à l'aide de la calculatrice et d'un paramètre. 1. Justifier que les ordonnées des points d'intersection du cercle \mathcal{C} et de la droite d vérifient y^2 - 10y + k^2 - 8k + 16 = 0.

2. Dans cette question, k = 8 .
a. Quelle équation obtient-on alors ?

b. À la calculatrice, tracer la courbe représentative de la fonction x \mapsto x^{2}-10 x+16.

c. En déduire, en justifiant, le nombre de points d'intersection entre le cercle \mathcal{C} et la droite d .

3. Dans cette question, k est un réel quelconque.
a. Dans l'écran de calcul, affecter la valeur 8 à la variable k .
b. À la calculatrice, tracer la courbe représentative de la fonction f : x \mapsto x^{2}-10 x+k^{2}-8 k+16.
c. Dans l'écran de calcul, affecter à la variable k une nouvelle valeur puis retracer la courbe représentativede la fonction f .
d. Faire la même chose avec plusieurs valeurs et conjecturer alors le nombre de points d'intersection en fonction de k .
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