Résoudre des problèmes d'engrenages - Exercice 1

8 min
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COMPÉTENCE : Comprendre et utiliser les notions de divisibilité et de multiples.Deux roues dentées
Deux roues dentées A et B sont engrenées : la roue A possède 1212 dents et la roue B possède 1818 dents.
Au départ, on marque d’un point rouge une dent de la roue A et la dent de la roue B qui la touche.
Quand les roues tournent, chaque fois qu’une dent de la roue A passe, une dent de la roue B passe aussi.
Question 1

Lorsque la roue A fait un tour complet, combien de dents de la roue B sont passées ? La roue B a-t-elle fait un tour complet ?

Correction
Lorsque la roue A fait un tour complet, ses 1212 dents sont passées.
Or, à chaque dent de la roue A qui passe, une dent de la roue B passe aussi : 1212 dents de la roue B sont donc passées.
Pour faire un tour complet, la roue B doit faire passer ses 1818 dents.
Ici, 12<1812\lt 18     ⇒    \;\;\color{red}\Rightarrow\;\; il manque encore 18−12=618-12=6 dents à la roue B pour finir son tour.
La roue B n'a fait que 1218=23\dfrac{12}{18}=\dfrac{2}{3} de tour.
On peut donc conclure que 12\color{blue}12 dents de la roue B sont passées et que la roue B n'a pas fait un tour complet.
Question 2

Écris la liste des multiples de 1212, puis la liste des multiples de 1818, jusqu’à 8080.

Correction
Les multiples d’un nombre sont les nombres de sa table de multiplication.
  • Exemple : les multiples de 55 sont 5  ;  10  ;  15  ;  20  ;  25  ;  …5\;;\;10\;;\;15\;;\;20\;;\;25\;;\;\ldots
  • 1°) Les multiples de 1212 :
    12×1=1212\times1=12 ; 12×2=2412\times2=24 ; 12×3=3612\times3=36 ; 12×4=4812\times4=48 ; 12×5=6012\times5=60 ; 12×6=7212\times6=72
    On s'arrête là, car 12×7=8412\times7=84 dépasse 8080.
    Les multiples de 1212 jusqu'à 8080 sont : (12  ;  24  ;  36  ;  48  ;  60  ;  72){\color{blue}(12\;;\;24\;;\;{\color{red}\boxed{36}}\;;\;48\;;\;60\;;\;{\color{red}\boxed{72}})}
    2°) Les multiples de 1818 :
    18×1=1818\times1=18 ; 18×2=3618\times2=36 ; 18×3=5418\times3=54 ; 18×4=7218\times4=72
    On s'arrête là, car 18×5=9018\times5=90 dépasse 8080.
    Les multiples de 1818 jusqu'à 8080 sont : (18  ;  36  ;  54  ;  72){\color{blue}(18\;;\;{\color{red}\boxed{36}}\;;\;54\;;\;{\color{red}\boxed{72}})}
    On remarque que 36\color{red}36 et 72\color{red}72 sont dans les deux listes : ce sont des multiples communs à 1212 et à 1818.
    Question 3

    Au bout de combien de dents passées les deux points rouges se retrouvent-ils en contact pour la première fois ?

    Correction
    Le principe de l’engrenage :
  • Le point rouge d’une roue revient à sa position de départ chaque fois que cette roue fait un tour complet, c’est-à-dire chaque fois que le nombre de dents passées est un multiple de son nombre de dents.
  • Les points rouges se retrouvent donc ensemble quand le nombre de dents passées est un multiple commun aux nombres de dents. La première fois, c’est le plus petit multiple commun.
  • Le point rouge de la roue A revient à sa position de départ à chaque tour de la roue A, c'est-à-dire quand le nombre de dents passées est un multiple de 1212.
    Le point rouge de la roue B revient à sa position de départ à chaque tour de la roue B, c'est-à-dire quand le nombre de dents passées est un multiple de 1818.
    Les deux points rouges se retrouvent donc en contact quand le nombre de dents passées est à la fois un multiple de 12\color{red}12 et un multiple de 18\color{red}18.
    Comme on veut la première fois, on cherche le plus petit multiple commun à 12\color{red}12 et 18\color{red}18.
    D'après la question 2, les multiples communs à 1212 et 1818 (jusqu'à 8080) sont 3636 et 7272 : le plus petit est 36{\color{red}36}.
    On peut donc conclure que les deux points rouges se retrouvent en contact pour la première fois au bout de 36\color{blue}36 dents passées.
    Question 4

    Combien de tours chaque roue a-t-elle fait à ce moment-là ?

    Correction
    D'après la question précédente, 3636 dents sont passées.
    La roue A a 1212 dents : 3612=3\dfrac{36}{12}=3     ⇒    \;\;\color{red}\Rightarrow\;\; la roue A a fait 33 tours.
    La roue B a 1818 dents : 3618=2\dfrac{36}{18}=2     ⇒    \;\;\color{red}\Rightarrow\;\; la roue B a fait 22 tours.
    Vérification : 3×12=363\times12=36 et 2×18=362\times18=36.
    On peut donc conclure que la roue A a fait 3\color{blue}3 tours et la roue B 2\color{blue}2 tours.

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