Exercices corrigés : Sections planes de solides

Exercice 1 : Section d'un pavé droit par un plan parallèle à une face

Un pavé droit $ABCDEFGH$ a pour dimensions : longueur $AB = 8\text{ cm}$, largeur $BC = 5\text{ cm}$ et hauteur $AE = 6\text{ cm}$.
On coupe ce pavé par un plan parallèle à la face de base $(ABCD)$ à une hauteur de $2\text{ cm}$ de la base.
1. Quelle est la nature géométrique de la section ?
2. Quelles sont ses dimensions et son aire ?

Exercice 2 : Section d'un cube par un plan parallèle à une arête

Un cube a une arête de longueur $a = 6\text{ cm}$. On coupe ce cube par un plan passant par deux arêtes opposées non situées dans une même face (plan diagonal).
1. Quelle est la nature de la section obtenue ?
2. Calculer la longueur exacte de la diagonale d'une face carrée.
3. En déduire l'aire exacte de la section, puis sa valeur arrondie au dixième de $\text{cm}^2$.

Exercice 3 : Section d'un cylindre de révolution par un plan

Un cylindre de révolution a un rayon de base $R = 4\text{ cm}$ et une hauteur $H = 10\text{ cm}$.
1. On coupe le cylindre par un plan perpendiculaire à son axe. Quelle est la nature de la section et quelle est son aire ?
2. On coupe le cylindre par un plan passant par son axe de révolution. Quelle est la nature de la section et quelle est son aire ?

Exercice 4 : Section d'un cône de révolution parallèle à la base

Un cône de révolution a une hauteur $SO = 15\text{ cm}$ et un rayon de base $OA = 6\text{ cm}$. On coupe ce cône par un plan parallèle à la base passant par un point $O'$ de la hauteur tel que $SO' = 5\text{ cm}$.
1. Quelle est la nature de la section obtenue ?
2. Quel est le coefficient de réduction $k$ ?
3. Calculer le rayon $O'A'$ du disque de section.
4. Quel est le volume du petit cône réduit ?

Exercice 5 : Section d'une pyramide à base carrée

Une pyramide $SABCD$ à base carrée $ABCD$ a une hauteur $SH = 12\text{ cm}$ et un côté de base $AB = 8\text{ cm}$.
On coupe cette pyramide par un plan parallèle à la base à une distance de $9\text{ cm}$ du sommet $S$.
1. Quelle est la nature géométrique de la section $A'B'C'D'$ ?
2. Quel est le rapport de réduction $k$ ?
3. Calculer la longueur du côté $A'B'$ et l'aire de la section.

Exercice 6 : Section d'une sphère par un plan : calcul du rayon du cercle

Une sphère de centre $O$ et de rayon $R = 10\text{ cm}$ est coupée par un plan $(P)$. La distance entre le centre $O$ et le plan $(P)$ est $d = OH = 6\text{ cm}$ (où $H$ est le projeté orthogonal de $O$ sur le plan).
1. Quelle est la nature de la section de la sphère par le plan $(P)$ ?
2. Soit $M$ un point quelconque situé sur le cercle de section. Justifier que le triangle $OHM$ est rectangle en $H$.
3. Calculer le rayon $r = HM$ de ce cercle de section.

Exercice 7 : Aire et périmètre de la section d'une sphère

Une boule de pétanque a un rayon $R = 36\text{ mm}$. Un plan coupe la boule à une distance $d = 20\text{ mm}$ de son centre.
1. Calculer la valeur exacte du rayon $r$ du disque de section.
2. Calculer le périmètre exact du cercle de section.
3. Calculer l'aire exacte du disque de section.

Exercice 8 : Sections terrestres : latitude et longueur d'un parallèle

On assimile la Terre à une sphère de centre $O$ et de rayon $R = 6\,370\text{ km}$. Le cercle de l'équateur est un grand cercle.
La ville de Paris est située à une latitude de $48^\circ\text{ Nord}$.
1. Justifier que le parallèle de Paris est un cercle obtenu par la section de la Terre par un plan perpendiculaire à l'axe Nord-Sud.
2. Calculer le rayon $r$ de ce parallèle (arrondi au km près).
3. En déduire la longueur totale de ce parallèle (arrondie au millier de kilomètres).