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Plus de 900 récréations et problèmes mathématiques !

Ce site a été créé en souvenir de DIOPHANTE, mathématicien grec, qui nous a laissé de remarquables ouvrages d'arithmétique. L'objectif est de constituer une vaste bibliothèque de problèmes mathématiques avec les énoncés et les solutions classés par thèmes et selon leur niveau de difficulté et de proposer chaque mois plusieurs problèmes à la sagacité des lecteurs qui ont toute latitude pour envoyer leurs réponses.

 

 

 

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A212. Au quatrième top Version imprimable Suggérer par mail
A2. Algèbre élémentaire
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Les trois aiguilles des heures, minutes et secondes se rencontrent deux fois par jour à midi et à minuit. A quelle heure de la journée entre 13 heures et 23 heures, les trois aiguilles sont-elles les plus proches les unes des autres ?

(les plus proches signifiant que l'angle qui les contient toutes les trois est le plus petit possible).


On désigne par h l'angle exprimé en degrés (°) de l'aiguille des heures avec l'axe vertical Oy. Le temps T qui s'est écoulé depuis midi est égal à T(m)=2*h quand il est exprimé en minutes et à T(s) = 120*h quand on l'exprime en secondes.

 

Dès lors l'angle que fait l'aiguille des minutes avec Oy est m = (360°/60)*(T(m) - 60* Ent[T(m)/60]) = 12*(h - 30*Ent[h/30]) avec Ent[ ] = partie entière par défaut tandis que l'angle de l'aiguille des secondes avec ce même axe Oy est s = (360°/60)* (T(s) ? 60*Ent[T(s)/60]) = 360*(2*h - Ent[2*h]).

 

Les aiguilles des heures et des minutes sont les plus lentes. En excluant midi et minuit, elles sont confondues 10 fois dans une demi-journée et les temps de coïncidence sont donnés par l'équation h = 12*(h - 30*Ent[h/30]) ou encore

 

h = 360/11 * Ent[h/30] d'où h = 360*k/11 avec k=1,2,3,...,10. Pour chacune de ces valeurs de h où les deux aiguilles des heures et des minutes sont confondues, on peut calculer la position exacte de l'aiguille des secondes en reportant h dans l'équation s = 360*(2*h - Ent[2*h]).On obtient le tableau ci-après dans lequel on a reporté 11*h et 11*s pour garder des valeurs entières :

 


 

On choisit la valeur de k pour laquelle l'aiguille des secondes est la plus proche possible de l'aiguille des heures, c'est à dire celle qui rend la valeur absolue de h-s la plus petite possible. Cela se produit logiquement pour deux valeurs de k =3 et k=8 qui sont symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe vertical c'est à dire par rapport à 18 heures.

 

Retenons k=3. L'angle h de coïncidence des deux aiguilles des heures et des minutes avec l'axe vertical vaut 1080/11 = 98°,18181818.. ce qui correspond à 129 600/11 = 11781,181818.. secondes écoulées depuis midi, c'est à dire 15 heures 16 minutes 21,8181.secondes.L'aiguille des secondes fait un angle de 1440/11 = 130°,909090?avec l'axe vertical .L'écart qui la sépare des deux autres aiguilles est de +360//11 = 32°,727272.. mesuré positivement dans le sens des aiguilles de la montre. Il faut donc « remonter » dans le temps et chercher l'instant où l'aiguille des secondes coïncide avec la première aiguille rencontrée, à savoir l'aiguille des heures car c'est la plus lente. La correction t à apporter en secondes est telle que t = (60/360°)*(360/11 + t / 120) sachant que pendant ce temps t, l'aiguille des heures a parcouru un angle de 360°*t/432000 = t /120. Il en résulte t = 720/719 * 60/11 secondes.

 

Le quatrième top a donc lieu à l'instant T = 120*1080/11 -  t = 93 139 200 / 7909 = 11 776,35605...secondes ou encore 15 heures 16 minutes 16 secondes ,35605..

 

Nous avons bien entendu l'heure symétrique par rapport à 18 heures : 20 heures 43 minutes 43 secondes, 64394..


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