On note donc "Z" le centre de la terre sur le schema d'ichibanosaure
"e" sera l'allongement de 1 m
R = 6400 km donc en mètre, R=6400*10^3=6.4*10^6 que l'on notera 6.4e6
"x" sera l'angle AZC
Certaines calculatrices (incluse celle de windows) ne calculent pas les fonctions trigo avec une précision suffisante pour nos besoins, veuillez utiliser google (directement dans le champ de recherche, ça calcule d'enfer) ou Excel.
Les tangeantes au cercle impliquent que (AC) et (CZ) sont perpendiculaires.
Recherchons la valeur de l'angle x, après, on calculera h sachant que (R+h)/R = cos(x) soit h = R (1/cos(x) - 1)
La longueur de la corde après extension est 2piR+e
mais c'est aussi la longueur de la corde qui touche encore la terre (2pi-2x)R, plus AD, plus AC
soit (2pi - 2x) R + AD + AC = (2pi - 2x)R + 2AC (car AD=AC)
donc (2pi - 2x)R + 2AC = 2piR + e
On isole AC et on trouve AC = e/2 + xR
Mais (AC) et (CZ) sont perpendiculaire donc AC/R = tan(x) soit AC = Rtan(x)
On obtient donc l'équation à une inconnue suivante : e/2 + xR = Rtan(x)
i.e 2Rx - 2Rtan(x) + e = 0
A ce stade, on peut constater que l'on peut restreindre x à [0, pi/2[(pi/2 est une valeur clairement impossible)
Si f(x) = 2Rx - 2Rtan(x) + e, il faut trouver les racines de f
On peut étudier f sur [0, pi/2[
f est continue sur [0, pi/2[et dérivable (somme de fonctions dérivables)
f ' (x) = -2R tan(x)^2 <0 sur> 0,pi/2 [et nulle en 0
f est donc strictement décroissante sur [0, pi/2[avec
f(0) = e > 0
f(pi/4) = 2R(pi/4) - 2R + e = 2R ( pi/4 - 1 ) + e <0
lim f(x) = -inf lorsque x -> pi/2
f possède donc une racine x0 entre [0, pi/4[
On peut constater que f(0.01) = 2*6.4e6*(0.01-tan(0.01)) + 1 = -3.26683734 <0
Donc x0 se situe entre 0 et 0.01
On supposera ici que x0 est assez proche de 0 pour utiliser un équivalent de tan(x) en 0
tan(x) ~ x + x^3 /3 en 0
Donc puisque 2R (x0 - tan(x0) ) + e = 0
2R (- x0^3 / 3) + e = 0 soit x0 = racinecubique( 3e / 2R ) = ( 3e / 2R) ^ (1/3)
x = ( 3e / 2R) ^ (1/3)
L'angle x vaut donc (3/(2*6.4e6))^(1/3),
x = 0.0061655
h = R (1/cos(x) - 1)
h = R [(1/cos(( 3e / 2R) ^ (1/3))) - 1
h = 6.4e6*(1/cos(0.0061655)-1)
h = 121.64 mètres ouf !
Remarque :
On peut résoudre f(x) = 0 numériquement sur http://www.engs-comp.com/solvnonlinearequ/index.shtml
Equation : 2*6.4*pow(10,6)*(x-tan(x)) + 1
xmin : -0.02 xmax : 0.02
ymin : -2 yman : 2
On obtient une valeur plus précise de l'angle x