Baignoire Ombre
1. **Énoncé du problème :**
Jacob vide sa baignoire contenant initialement 150 L d'eau en 2 minutes (120 secondes) à un rythme constant. On cherche la quantité d'eau $Q(t)$ en litres selon le temps $t$ en secondes, puis on complète la table de valeurs de cette fonction et de sa réciproque, et on détermine si la réciproque est une fonction.
2. **Formule et règles importantes :**
Le débit est constant, donc la quantité d'eau diminue linéairement. La fonction est de la forme $$Q(t) = Q_0 - rt$$ où $Q_0=150$ L est la quantité initiale et $r$ est le débit en L/s.
3. **Calcul du débit $r$ :**
La baignoire est vide à $t=120$ s, donc $$0 = 150 - r \times 120 \Rightarrow r = \frac{150}{120} = 1.25 \text{ L/s}.$$
4. **Expression de la fonction :**
$$Q(t) = 150 - 1.25t$$
5. **Complétons la table pour $Q(t)$ :**
- Pour $Q=0$, $t=120$ s (donné).
- Pour $Q=12$, on résout $12 = 150 - 1.25t \Rightarrow 1.25t = 138 \Rightarrow t = 110.4$ s.
- Pour $Q=75$, $t = \frac{150-75}{1.25} = 60$ s.
- Pour $Q=90$, $t = \frac{150-90}{1.25} = 48$ s.
- Pour $Q=120$, $t = \frac{150-120}{1.25} = 24$ s.
6. **Table complétée :**
| Quantité d'eau (L) | Temps (s) |
|--------------------|-----------|
| 0 | 120 |
| 12 | 110.4 |
| 75 | 60 |
| 90 | 48 |
| 120 | 24 |
7. **Fonction réciproque :**
La réciproque échange $Q$ et $t$, donc
$$t = f^{-1}(Q) = \frac{150 - Q}{1.25}.$$
8. **La réciproque est-elle une fonction ?**
Oui, car pour chaque quantité $Q$ correspond un unique temps $t$. La fonction $Q(t)$ est bijective sur l'intervalle considéré, donc sa réciproque est bien une fonction.
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9. **Deuxième problème : Ombre d'un poteau**
Données des points approximatifs :
$$(7,4), (9,3.2), (11,2.5), (12,1.2), (14,2.8), (16,4)$$
10. **Tracer la réciproque :**
La réciproque échange les coordonnées $(x,y)$ en $(y,x)$, donc les points deviennent :
$$(4,7), (3.2,9), (2.5,11), (1.2,12), (2.8,14), (4,16)$$
11. **La réciproque est-elle une fonction ?**
Pour que la réciproque soit une fonction, chaque valeur de $y$ (longueur) doit correspondre à une seule valeur de $x$ (heure). Ici, la longueur 4 m correspond à deux heures différentes (7 et 16), donc la réciproque ne passe pas le test de la verticale et **n'est pas une fonction**.
**Réponses finales :**
- Table complétée pour la baignoire avec $Q(t) = 150 - 1.25t$.
- La réciproque est une fonction.
- La réciproque du graphe de l'ombre est tracée en échangeant les coordonnées.
- La réciproque n'est pas une fonction.