Éducation nationale françaiseMathématiques3ème10 min de lecture

Géométrie dans l'espace

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Lecture

5 chapitres

Un parcours éditorialisé et navigable.

Pratique

12 questions

Quiz et cartes mémoire à ouvrir après la lecture.

Objectif

3ème

Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.

Chapitre 1

Introduction aux solides usuels

Reconnaissance des solides

Voici les principaux solides que tu dois connaître :

  • Cube : Un solide avec 6 faces carrées identiques. Toutes ses arêtes ont la même longueur.
  • Pavé droit (ou parallélépipède rectangle) : Un solide avec 6 faces rectangulaires. Ses faces opposées sont identiques.
  • Prisme droit : Un solide dont les bases sont des polygones identiques et parallèles (triangles, carrés, pentagones, etc.), et dont les faces latérales sont des rectangles. Sa hauteur est la distance entre les deux bases.
  • Cylindre de révolution : Un solide avec deux bases circulaires parallèles et une surface latérale courbe. Il est généré par la rotation d'un rectangle autour d'un de ses côtés.
  • Pyramide : Un solide ayant une base polygonale et des faces latérales triangulaires qui se rejoignent en un point appelé le sommet.
  • Cône de révolution : Un solide avec une base circulaire et une surface latérale courbe qui se termine en un point appelé le sommet. Il est généré par la rotation d'un triangle rectangle autour d'un de ses côtés.
  • Sphère : Une surface en 3D où tous les points sont à égale distance du centre. Imagine une balle de football.

Vocabulaire associé aux solides

Pour bien comprendre la géométrie dans l'espace, il faut connaître le bon vocabulaire :

  • Face : C'est une surface plane qui délimite le solide. Par exemple, un cube a 6 faces.
  • Arête : C'est le segment de droite où deux faces se rencontrent. Un cube a 12 arêtes.
  • Sommet : C'est le point où plusieurs arêtes se rejoignent. Un cube a 8 sommets.
  • Base : C'est la face sur laquelle le solide "repose" ou une des deux faces parallèles et identiques pour les prismes et cylindres.
  • Hauteur (hh) : C'est la distance perpendiculaire entre la base et le sommet (pour les pyramides et cônes) ou entre les deux bases (pour les prismes et cylindres).
  • Génératrice : Pour un cylindre ou un cône de révolution, c'est le segment qui, en tournant, "génère" la surface latérale.

Représentations en perspective cavalière

La perspective cavalière est une technique de dessin pour représenter des objets en 3D sur une surface plane (2D), comme une feuille de papier.

Voici les règles principales :

  • Les faces de face et d'arrière sont dessinées en vraie grandeur.
  • Les arêtes parallèles dans la réalité restent parallèles sur le dessin.
  • Les arêtes fuyantes (qui vont en profondeur) sont dessinées en oblique (souvent à 30° ou 45°).
  • Les longueurs des fuyantes sont réduites (souvent de moitié) pour donner une impression de profondeur.
  • Les arêtes cachées (qu'on ne voit pas) sont représentées en pointillé. Les arêtes visibles sont en trait plein.
  • Le parallélisme est conservé : deux droites parallèles dans la réalité sont représentées par deux droites parallèles.

Chapitre 2

Calculs de volumes

Volume du pavé droit et du cube

  • Pavé droit : Son volume se calcule en multipliant sa longueur par sa largeur par sa hauteur. V=L×l×hV = L \times l \times h Exemple : Un pavé droit de 5 cm de long, 3 cm de large et 2 cm de haut a un volume de 5×3×2=30 cm35 \times 3 \times 2 = 30 \text{ cm}^3.
  • Cube : C'est un cas particulier de pavé droit où toutes les arêtes sont égales (L=l=h=cL=l=h=c). V=c×c×c=c3V = c \times c \times c = c^3 Exemple : Un cube d'arête 4 cm a un volume de 43=64 cm34^3 = 64 \text{ cm}^3.

Unités de volume et conversions : 1 m3m^3 = 1000 dm3dm^3 = 1 000 000 cm3cm^3. N'oublie pas que 1 dm3dm^3 = 1 litre (L) et 1 cm3cm^3 = 1 millilitre (mL).

Volume du prisme droit et du cylindre

La formule générale est : V=Aire de la base×hV = \text{Aire de la base} \times h

  • Prisme droit : L'aire de la base dépend de la forme du polygone (triangle, carré, rectangle...). Exemple : Un prisme à base triangulaire (base b=4b=4 cm, hauteur hb=3h_b=3 cm) et de hauteur H=10H=10 cm. Aire de la base = b×hb2=4×32=6 cm2\frac{b \times h_b}{2} = \frac{4 \times 3}{2} = 6 \text{ cm}^2. Volume = 6×10=60 cm36 \times 10 = 60 \text{ cm}^3.
  • Cylindre de révolution : La base est un cercle. L'aire d'un disque est π×R2\pi \times R^2. V=π×R2×hV = \pi \times R^2 \times h Exemple : Un cylindre de rayon R=3R=3 cm et de hauteur h=5h=5 cm. V=π×32×5=π×9×5=45π cm3141,37 cm3V = \pi \times 3^2 \times 5 = \pi \times 9 \times 5 = 45\pi \text{ cm}^3 \approx 141,37 \text{ cm}^3.

Volume de la pyramide et du cône de révolution

Ces solides se terminent en pointe. Leur volume est un tiers du volume d'un prisme ou d'un cylindre ayant la même base et la même hauteur. V=13×Aire de la base×hV = \frac{1}{3} \times \text{Aire de la base} \times h

  • Pyramide : L'aire de la base dépend du polygone. Exemple : Une pyramide à base carrée de côté 6 cm et de hauteur 7 cm. Aire de la base = 6×6=36 cm26 \times 6 = 36 \text{ cm}^2. V=13×36×7=12×7=84 cm3V = \frac{1}{3} \times 36 \times 7 = 12 \times 7 = 84 \text{ cm}^3.
  • Cône de révolution : La base est un cercle. V=13×π×R2×hV = \frac{1}{3} \times \pi \times R^2 \times h Exemple : Un cône de rayon R=4R=4 cm et de hauteur h=6h=6 cm. V=13×π×42×6=13×π×16×6=π×16×2=32π cm3100,53 cm3V = \frac{1}{3} \times \pi \times 4^2 \times 6 = \frac{1}{3} \times \pi \times 16 \times 6 = \pi \times 16 \times 2 = 32\pi \text{ cm}^3 \approx 100,53 \text{ cm}^3.

Volume de la boule

La boule est le solide délimité par une sphère. Son volume se calcule avec la formule : V=43×π×R3V = \frac{4}{3} \times \pi \times R^3RR est le rayon de la boule.

Exemple : Une boule de rayon R=3R=3 cm. V=43×π×33=43×π×27=4×π×9=36π cm3113,10 cm3V = \frac{4}{3} \times \pi \times 3^3 = \frac{4}{3} \times \pi \times 27 = 4 \times \pi \times 9 = 36\pi \text{ cm}^3 \approx 113,10 \text{ cm}^3.

Chapitre 3

Calculs d'aires de solides

Aire latérale et totale du pavé droit et du cube

  • Pavé droit :
    • Aire latérale : C'est l'aire des quatre faces latérales. Périmètre de la base ×\times hauteur. Alat=(2L+2l)×hA_{lat} = (2L + 2l) \times h
    • Aire totale : Somme de l'aire des 6 faces. Il y a 3 paires de faces identiques. Atotale=2×(L×l+L×h+l×h)A_{totale} = 2 \times (L \times l + L \times h + l \times h)
  • Cube : Toutes les faces sont des carrés d'aire c2c^2.
    • Alat=4×c2A_{lat} = 4 \times c^2
    • Atotale=6×c2A_{totale} = 6 \times c^2

Aire latérale et totale du cylindre de révolution

Le développement d'un cylindre est un rectangle (surface latérale) et deux disques (bases).

  • Aire latérale : C'est l'aire du rectangle. La longueur du rectangle est la circonférence de la base (2πR2\pi R), et sa largeur est la hauteur (hh). Alat=2×π×R×hA_{lat} = 2 \times \pi \times R \times h
  • Aire totale : Aire latérale + Aire des deux bases. Atotale=2×π×R×h+2×(π×R2)A_{totale} = 2 \times \pi \times R \times h + 2 \times (\pi \times R^2)

Aire de la sphère

L'aire de la surface d'une sphère se calcule avec la formule : A=4×π×R2A = 4 \times \pi \times R^2RR est le rayon de la sphère.

Exemple : Une sphère de rayon R=5R=5 cm. A=4×π×52=4×π×25=100π cm2314,16 cm2A = 4 \times \pi \times 5^2 = 4 \times \pi \times 25 = 100\pi \text{ cm}^2 \approx 314,16 \text{ cm}^2.

Chapitre 4

Sections de solides

Sections planes d'un pavé droit

  • Plan parallèle à une face : La section est un rectangle identique à cette face (ou un carré si la face est un carré).
  • Plan parallèle à une arête : La section est un rectangle. Exemple : couper un pavé droit "dans la longueur" sans être parallèle aux faces.
  • Plan quelconque : La section peut être un polygone (triangle, quadrilatère, pentagone, hexagone...).

Sections planes d'un cylindre et d'une pyramide

  • Cylindre :
    • Plan parallèle à la base : La section est un cercle identique à la base.
    • Plan parallèle à l'axe (qui passe par le centre des bases) : La section est un rectangle.
  • Pyramide :
    • Plan parallèle à la base : La section est un polygone semblable à la base (même forme, mais plus petit). C'est une réduction de la base.

Sections planes d'un cône et d'une sphère

  • Cône :
    • Plan parallèle à la base : La section est un cercle, plus petit que la base. C'est une réduction de la base.
    • Plan passant par le sommet et le centre de la base : La section est un triangle.
  • Sphère :
    • Plan qui coupe la sphère : La section est toujours un cercle. Si le plan passe par le centre de la sphère, on obtient un grand cercle (le plus grand possible).

Chapitre 5

Agrandissement et réduction de solides

Effet sur les longueurs

Toutes les longueurs (arêtes, rayons, hauteurs, périmètres) sont multipliées par kk. Nouvelle longueur=k×ancienne longueur\text{Nouvelle longueur} = k \times \text{ancienne longueur}

Exemple : Un cube d'arête 2 cm est agrandi avec un coefficient k=3k=3. La nouvelle arête sera 2×3=62 \times 3 = 6 cm.

Effet sur les aires

Les aires (aires de faces, aires latérales, aires totales) sont multipliées par k2k^2. Nouvelle aire=k2×ancienne aire\text{Nouvelle aire} = k^2 \times \text{ancienne aire}

Exemple : Reprenons le cube d'arête 2 cm (aire d'une face = 22=42^2=4 cm2^2). Après agrandissement k=3k=3, la nouvelle arête est 6 cm. L'aire d'une face du nouveau cube est 62=366^2=36 cm2^2. On a bien 36=4×32=4×936 = 4 \times 3^2 = 4 \times 9.

Effet sur les volumes

Les volumes sont multipliés par k3k^3. Nouveau volume=k3×ancien volume\text{Nouveau volume} = k^3 \times \text{ancien volume}

Exemple : Avec le même cube d'arête 2 cm (volume = 23=82^3=8 cm3^3) et k=3k=3. Le nouveau volume est 63=2166^3=216 cm3^3. On a bien 216=8×33=8×27216 = 8 \times 3^3 = 8 \times 27.

Ces relations sont cruciales pour résoudre des problèmes d'agrandissement et de réduction. C'est le principe de l'homothétie en 3D.

Après la lecture

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