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📔 Exercices- Nombres et calculs

Série d'exercices n°2 sur les nombres et calculs numériques.

Intervalles & Représentations sur la Droite Réelle

Exercice 1 : Représentation graphique et notation d'intervalles ★ ★ ☆ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Associer une inégalité avec sa représentation graphique et sa notation d'intervalle.

Énoncé :
Représenter sur une droite graduée et décrire à l'aide d'un intervalle :

  • a) \(0 \leqslant x \leqslant 3\)
  • b) \(-2 < x < 1\)
  • c) \(x \leqslant 9\)
  • d) \(x > -3{,}5\)
0 3 -2 1 -4 9 -3.5
a) Intervalle fermé : \([0;3]\) (bornes incluses)
b) Intervalle ouvert : \((-2;1)\) (bornes exclues)
c) Intervalle semi-ouvert à gauche : \((-\infty;9]\)
d) Intervalle semi-ouvert à droite : \((-3{,}5; +\infty[\)

Explications :
• Les crochets [ ] indiquent que la borne est incluse
• Les parenthèses ( ) indiquent que la borne est exclue
• \(-\infty\) et \(+\infty\) sont toujours exclus (d'où les parenthèses)


Exercice 2 : Représentation graphique d'intervalles ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Représenter sur une droite graduée :

  • a) \(]1; 6]\)
  • b) \([-0{,}5; 3{,}2]\)
  • c) \(]-\infty; 2]\)
  • d) \([0; +\infty[\)
1 6 -0,5 3,2 2 0
Les représentations graphiques montrent :
a) \(]1;6]\) : ouvert à gauche (cercle vide en 1), fermé à droite (cercle plein en 6)
b) \([-0{,}5;3{,}2]\) : fermé des deux côtés (cercles pleins)
c) \(]-\infty;2]\) : flèche vers la gauche (infini négatif), fermé à droite
d) \([0;+\infty[\) : fermé à gauche, flèche vers la droite (infini positif)

Conventions :
• Cercle plein = borne incluse
• Cercle vide = borne exclue
• Flèche = intervalle infini


Exercice 3 : Appartenance à des intervalles ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Soit \(I = [-6; 8]\) et \(J = ]2; 100[\). Classer :

  • a) \(-10\)
  • b) \(-6\)
  • c) \(-0{,}5\)
  • d) \(2\)
  • e) \(8{,}1\)
  • f) \(99{,}9\)
  • g) \(1\,000\)
  • h) \(0\)
Nombre ∈ I ? ∈ J ? ∈ I∩J ? ∈ I∪J ?
a) \(-10\) Non Non Non Non
b) \(-6\) Oui (borne) Non Non Oui
c) \(-0{,}5\) Oui Non Non Oui
d) \(2\) Oui Non (exclu) Non Oui
e) \(8{,}1\) Non Oui Non Oui
f) \(99{,}9\) Non Oui Non Oui
g) \(1\,000\) Non Non Non Non
h) \(0\) Oui Non Non Oui

Rappels :
• \(I \cap J = ]2; 8]\) (intersection)
• \(I \cup J = [-6; 100[\) (réunion)


Exercice 4 : Intersection et réunion d'intervalles ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Déterminer \(I \cap J\) et \(I \cup J\) pour :

  • a) \([20; 25[\) et \([14; 21[\)
  • b) \(]-\infty; 7{,}5]\) et \([10; 22]\)
  • c) \(]-1; +\infty[\) et \(]-\infty; 1[\)
  • d) \(]0; 1]\) et \([0{,}5; 0{,}7]\)
Cas Intersection \(I \cap J\) Réunion \(I \cup J\)
a) \([20; 21[\) \([14; 25[\)
b) \(\emptyset\) (disjoints) \(]-\infty; 22]\)
c) \(]-1; 1[\) \(\mathbb{R}\) (tous réels)
d) \([0{,}5; 0{,}7]\) \(]0; 1]\)

Méthode :
1. Pour l'intersection : prendre les valeurs communes aux deux intervalles
2. Pour la réunion : prendre toutes les valeurs couvertes par au moins un intervalle


Exercice 5 : Simplification d'intervalles ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Simplifier les écritures :

  • a) \([-1; 3{,}5] \cap [1{,}7; 7]\)
  • b) \(]-\infty; -\pi] \cup [-3\pi; \pi[\)
  • c) \([-7{,}1; 2] \cap [2; +\infty[\)
  • d) \([-5; 0] \cup [3; +\infty[\)
a) \([1{,}7; 3{,}5]\) (partie commune aux deux intervalles)

b) \(]-\infty; \pi[\) car \([-3\pi; \pi[\) contient déjà \(]-\infty; -\pi]\)

c) \(\{2\}\) (singleton, seul élément commun)

d) Ne peut pas être simplifié (union de deux intervalles disjoints)

Remarque : La simplification n'est possible que lorsqu'un intervalle est entièrement contenu dans l'autre ou lorsqu'il y a une intersection non vide.
Illustration visuelle des intervalles :
-5 -1 0 2 4 7 a) Intersection [-1; 3,5] [1,7; 7] [1,7; 3,5] c) Intersection = singleton [-7,1; 2] [2; +∞[ {2} d) Union disjointe [-5; 0] [3; +∞[ Pas de simplification possible Légende : Premier intervalle Deuxième intervalle Résultat


Encadrements & Résolution d'Inéquations

Exercice 1 : Encadrement d'expressions ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit \( x \in [2;4] \). Encadrer :

  • a) \( x - 10 \)
  • b) \( 1{,}5x \)
  • c) \( x + 15 \)
  • d) \( -4x \)
a) \( x - 10 \)
Méthode : La soustraction conserve l'ordre des inégalités.
On soustrait 10 aux trois membres :
\( 2 - 10 \leqslant x - 10 \leqslant 4 - 10 \)
➔ \( -8 \leqslant x - 10 \leqslant -6 \)

b) \( 1{,}5x \)
Méthode : La multiplication par un positif conserve l'ordre.
On multiplie par 1,5 :
\( 2 \times 1{,}5 \leqslant 1{,}5x \leqslant 4 \times 1{,}5 \)
➔ \( 3 \leqslant 1{,}5x \leqslant 6 \)

c) \( x + 15 \)
Astuce : L'addition est la transformation la plus simple.
\( 2 + 15 \leqslant x + 15 \leqslant 4 + 15 \)
➔ \( 17 \leqslant x + 15 \leqslant 19 \)

d) \( -4x \)
Attention : La multiplication par un négatif inverse l'ordre !
On multiplie par -4 (donc on inverse ⩽ et ⩾) :
\( 2 \times (-4) \geqslant -4x \geqslant 4 \times (-4) \)
➔ \( -8 \geqslant -4x \geqslant -16 \)
On réécrit proprement : \( -16 \leqslant -4x \leqslant -8 \)


Exercice 2 : Encadrements avec bornes négatives ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Soit \( a \in [-3; 1{,}5] \). Encadrer :

  • a) \( a + 5 \)
  • b) \( 2a \)
  • c) \( \frac{a}{3} \)
  • d) \( 2a - 8 \)
  • e) \( -4a + 1 \)
  • f) \( \frac{a+3}{2} \)
a) \( a + 5 \)
\( -3 + 5 \leqslant a + 5 \leqslant 1{,}5 + 5 \)
➔ \( 2 \leqslant a + 5 \leqslant 6{,}5 \)

b) \( 2a \)
Attention : Multiplication par 2 (positif) → ordre conservé
\( -6 \leqslant 2a \leqslant 3 \)
➔ L'encadrement s'élargit

c) \( \frac{a}{3} \)
Division par 3 (positif) → ordre conservé
\( -1 \leqslant \frac{a}{3} \leqslant 0{,}5 \)
➔ L'encadrement se resserre

d) \( 2a - 8 \)
En deux étapes :
1) \( -6 \leqslant 2a \leqslant 3 \) (×2)
2) \( -6 - 8 \leqslant 2a - 8 \leqslant 3 - 8 \)
➔ \( -14 \leqslant 2a - 8 \leqslant -5 \)

e) \( -4a + 1 \)
Difficulté : Deux transformations !
1) Multiplication par -4 → inversion de l'ordre :
\( 12 \geqslant -4a \geqslant -6 \)
2) Addition de 1 :
\( 13 \geqslant -4a + 1 \geqslant -5 \)
➔ Réécriture : \( -5 \leqslant -4a + 1 \leqslant 13 \)

f) \( \frac{a+3}{2} \)
Astuce : Traiter d'abord le numérateur
1) \( 0 \leqslant a + 3 \leqslant 4{,}5 \)
2) Division par 2 :
\( 0 \leqslant \frac{a+3}{2} \leqslant 2{,}25 \)


Exercice 4 : Résolution d'inéquation ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Résoudre \( -4x - 40 > 60 \)

Étape 1 : Isoler le terme en x
\( -4x - 40 > 60 \)
➔ \( -4x > 60 + 40 \) (on ajoute 40 aux deux membres)
➔ \( -4x > 100 \)

Étape 2 : Division par un négatif
Règle cruciale : On divise par -4 → inverser le sens de l'inégalité !
\( x < \frac{100}{-4} \)
➔ \( x < -25 \)

Vérification :
Prendre x = -30 (valeur < -25) :
\( -4 \times (-30) - 40 = 120 - 40 = 80 > 60 \) → Vrai
Prendre x = -20 (valeur > -25) :
\( -4 \times (-20) - 40 = 80 - 40 = 40 > 60 \) → Faux

Solution : \( S = ]-\infty; -25[ \)


Exercice 5 : Résolution d'inéquations ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Résoudre dans ℝ et donner les solutions sous forme d'intervalle :

  • a) \( 2x + 2 \leqslant 10 \)
  • b) \( 4x + 5 < -25 \)
  • c) \( -2x + 6 \leqslant 0 \)
  • d) \( -3x - 7 \geqslant 101 \)
a) \( 2x + 2 \leqslant 10 \)
Méthode : Isoler x en deux étapes (soustraction puis division).
1. Soustraire 2 aux deux membres :
\( 2x \leqslant 10 - 2 \) ➔ \( 2x \leqslant 8 \)

2. Diviser par 2 (positif, donc on conserve l'ordre) :
\( x \leqslant \frac{8}{2} \) ➔ \( x \leqslant 4 \)
Solution : \( S = ]-\infty; 4] \)
Vérification : Pour \( x = 4 \) : \( 2 \times 4 + 2 = 10 \) (égalité vérifiée).

b) \( 4x + 5 < -25 \)
Difficulté : Gérer les nombres négatifs.
1. Soustraire 5 :
\( 4x < -25 - 5 \) ➔ \( 4x < -30 \)

2. Diviser par 4 (positif) :
\( x < \frac{-30}{4} \) ➔ \( x < -7{,}5 \)
Solution : \( S = ]-\infty; -7{,}5[ \)
Remarque : La borne \(-7{,}5\) est exclue (inégalité stricte).

c) \( -2x + 6 \leqslant 0 \)
Attention : Multiplication/division par un négatif inverse l'ordre !
1. Soustraire 6 :
\( -2x \leqslant -6 \)

2. Diviser par -2 (négatif → inverser ⩽ en ⩾) :
\( x \geqslant \frac{-6}{-2} \) ➔ \( x \geqslant 3 \)
Solution : \( S = [3; +\infty[ \)
Astuce : Vérifiez avec \( x = 3 \) → \(-6 + 6 = 0\) (vérifié).

d) \( -3x - 7 \geqslant 101 \)
Piège classique : Double inversion d'ordre.
1. Ajouter 7 :
\( -3x \geqslant 101 + 7 \) ➔ \( -3x \geqslant 108 \)

2. Diviser par -3 (négatif → inverser ⩾ en ⩽) :
\( x \leqslant \frac{108}{-3} \) ➔ \( x \leqslant -36 \)
Solution : \( S = ]-\infty; -36] \)
Vérification : Pour \( x = -36 \) → \( 108 - 7 = 101 \) (égalité vérifiée).
📌 Méthode générale pour résoudre une inéquation :
  1. Isoler le terme en \( x \) (addition/soustraction).
  2. Résoudre \( kx \leq m \) ou \( kx \geq m \) :
    • 🔹 Si \( k > 0 \) : conserver l'ordre.
    • 🔹 Si \( k < 0 \) : inverser l'ordre.
  3. Représenter la solution sur une droite graduée pour vérifier.


Comparaisons & Modélisation d'Inéquations

Exercice 1 : Comparaison d'expressions ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Comparer 5 + 2x et x + 9 pour tout nombre réel x.

Méthode : On étudie le signe de la différence (5 + 2x) - (x + 9)

Étape 1 : Simplification
\( (5 + 2x) - (x + 9) = 2x - x + 5 - 9 = x - 4 \)

Étape 2 : Analyse du signe
• Si \( x - 4 > 0 \) (c'est-à-dire \( x > 4 \)) : \( 5 + 2x > x + 9 \)
• Si \( x - 4 = 0 \) (c'est-à-dire \( x = 4 \)) : \( 5 + 2x = x + 9 \)
• Si \( x - 4 < 0 \) (c'est-à-dire \( x < 4 \)) : \( 5 + 2x < x + 9 \)

Conclusion :
Pour x ∈ ]-∞; 4[, 5 + 2x < x + 9
Pour x = 4, égalité
Pour x ∈ ]4; +∞[, 5 + 2x > x + 9


Exercice 2 : Comparaison avec fraction ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Comparer \( 9 + \frac{1}{2}x \) et 1 pour tout nombre réel x.

Méthode : On résout \( 9 + \frac{1}{2}x ⋚ 1\)

Étape 1 : Isoler le terme en x
\( \frac{1}{2}x \leqslant 1 - 9 \)
\( \frac{1}{2}x \leqslant -8 \)

Étape 2 : Résolution
On multiplie par 2 (positif → conserve l'ordre) :
\( x \leqslant -16 \)

Conclusion :
• Si \(x ≤ -16 : 9 + \frac{1}{2} x ≤ 1\)
• Si \(x > -16 : 9 + \frac{1}{2} x > 1\)


Exercice 3 : Modélisation géométrique ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Yanis veut délimiter une parcelle rectangulaire où la longueur est 5m plus grande que la largeur, avec un maximum de 120m de bordures. Trouver les largeurs possibles.

Étape 1 : Modélisation
• Soit L = largeur (en mètres)
• Longueur = L + 5
• Périmètre = 2×(largeur + longueur) ≤ 120
\( 2(L + (L + 5)) \leqslant 120 \)

Étape 2 : Simplification
\( 2(2L + 5) \leqslant 120 \)
\( 4L + 10 \leqslant 120 \)
\( 4L \leqslant 110 \)
\( L \leqslant 27{,}5 \)

Contrainte physique : L > 0

Solution :
Les largeurs possibles sont dans ]0; 27,5] mètres


Exercice 4 : Modélisation économique ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Assia veut un bénéfice de 25€ en vendant des carottes (coût initial 2,90€, prix de vente 1,50€/kg). Trouver le nombre de kilos x à vendre.

1. Modélisation :
Bénéfice = Recette - Coût ≥ 25
\( 1{,}50x - 2{,}90 \geqslant 25 \)

2. Résolution :
\( 1{,}50x \geqslant 27{,}90 \)
\( x \geqslant \frac{27{,}90}{1{,}50} \)
\( x \geqslant 18{,}6 \) kg

Solution pratique :
Elle doit vendre au moins 18,6 kg (donc 19 kg en pratique)


Exercice 5 : Comparaison d'offres ★ ★ ★ ★ ☆

Énoncé : Rémi compare deux lots :
• Lot A : 100 000€ + 1 400€/mois
• Lot B : 5 000€ + 2 000€/mois
Trouver quand le Lot B devient plus intéressant.

1. Modélisation :
On cherche x tel que :
\( 5 000 + 2 000x > 100 000 + 1 400x \)

2. Résolution :
\( 2 000x - 1 400x > 100 000 - 5 000 \)
\( 600x > 95 000 \)
\( x > \frac{95 000}{600} \)
\( x > 158{,}\overline{3} \) mois

Conversion en années :
\( \frac{158{,}33}{12} \approx 13{,}19 \) ans

Solution :
Le Lot B devient plus intéressant après 159 mois (13 ans et 3 mois)


Intervalles, Valeur Absolue et Équations Linéaires

Exercice 1 : Valeur absolue et intervalles ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Déterminer l'ensemble (sous forme d'intervalle) des réels x vérifiant :

  • a) \( |x - 10| \leqslant 1 \)
  • b) \( |x - 2{,}5| \leqslant 0{,}2 \)
  • c) \( \left|x - \frac{1}{2}\right| \leqslant \frac{5}{2} \)
Correction détaillée :

a) Analysons \( |x - 10| \leqslant 1 \) :
La valeur absolue représente la distance entre x et 10 sur la droite numérique. L'inégalité nous dit que cette distance doit être inférieure ou égale à 1.
Traduction mathématique :
Cela équivaut à dire que x se situe entre \( 10 - 1 \) et \( 10 + 1 \), c'est-à-dire :
\( -1 \leqslant x - 10 \leqslant 1 \)
En ajoutant 10 à tous les membres :
\( 9 \leqslant x \leqslant 11 \)
Solution : L'ensemble solution est l'intervalle fermé \([9;11]\).

b) Pour \( |x - 2{,}5| \leqslant 0{,}2 \) :
Ici, x doit être à moins de 0,2 unités de 2,5.
Démarche :
Cela se traduit par : \( -0{,}2 \leqslant x - 2{,}5 \leqslant 0{,}2 \)
En résolvant : \( 2{,}3 \leqslant x \leqslant 2{,}7 \)
Solution : L'intervalle précis est \([2{,}3;2{,}7]\).
Remarque : On observe que l'intervalle est symétrique autour de 2,5.

c) Considérons \( \left|x - \frac{1}{2}\right| \leqslant \frac{5}{2} \) :
La distance entre x et 0,5 ne doit pas dépasser 2,5.
Résolution étape par étape :
1. \( -\frac{5}{2} \leqslant x - \frac{1}{2} \leqslant \frac{5}{2} \)
2. On ajoute 1/2 partout :
\( -\frac{5}{2} + \frac{1}{2} \leqslant x \leqslant \frac{5}{2} + \frac{1}{2} \)
3. Simplification : \( -2 \leqslant x \leqslant 3 \)
Solution finale : \([-2;3]\)

Méthode générale :
Pour \( |x - a| \leqslant b \) (avec b > 0) :
• L'intervalle solution est toujours \([a - b; a + b]\)
• a est le centre de l'intervalle
• b est le rayon (demi-longueur de l'intervalle)


Exercice 2 : Écriture avec valeur absolue ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Écrire une inégalité vérifiée par x utilisant une valeur absolue :

  • a) \( x ∈ [-4; 5] \)
  • b) \( x ∈ [0; 1{,}1] \)
  • c) \( x ∈ \left[\frac{1}{3}; \frac{2}{3}\right] \)
Correction pédagogique :

Rappel important :
Tout intervalle [a;b] peut s'exprimer sous forme de valeur absolue :
\( |x - c| \leqslant r \) où :
• c = centre = \( \frac{a + b}{2} \)
• r = rayon = \( \frac{b - a}{2} \)

a) Intervalle [-4;5] :
Étape 1 : Calcul du centre
\( c = \frac{-4 + 5}{2} = \frac{1}{2} = 0{,}5 \)
Étape 2 : Calcul du rayon
\( r = \frac{5 - (-4)}{2} = \frac{9}{2} = 4{,}5 \)
Étape 3 : Formulation
L'inégalité devient : \( |x - 0{,}5| \leqslant 4{,}5 \)
Vérification :
Si on développe, on retrouve bien \( -4 \leqslant x \leqslant 5 \).

b) Intervalle [0;1,1] :
Centre : \( \frac{0 + 1{,}1}{2} = 0{,}55 \)
Rayon : \( \frac{1{,}1 - 0}{2} = 0{,}55 \)
Solution : \( |x - 0{,}55| \leqslant 0{,}55 \)

c) Intervalle [1/3;2/3] :
Calcul détaillé :
Centre : \( \frac{\frac{1}{3} + \frac{2}{3}}{2} = \frac{1}{2} \)
Rayon : \( \frac{2}{3} - \frac{1}{2} = \frac{4}{6} - \frac{3}{6} = \frac{1}{6} \)
Formulation : \( \left|x - \frac{1}{2}\right| \leqslant \frac{1}{6} \)

Conseil pratique :
Pour vérifier votre résultat, choisissez une valeur aux bornes de l'intervalle et testez-la dans votre inégalité avec valeur absolue.


Exercice 3 : Démonstration avec valeur absolue ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Démontrer que \( \sqrt{a^2} = |a| \) en distinguant a > 0 et a < 0.

Démonstration complète :

Comprendre l'énoncé :
Nous devons prouver que la racine carrée du carré d'un nombre est égale à sa valeur absolue. Cette propriété est fondamentale en mathématiques.

1er cas : a est positif (a ≥ 0)
• Si a ≥ 0, alors |a| = a (définition de la valeur absolue)
• Calculons \( \sqrt{a^2} \) :
- Le carré d'un nombre est toujours positif
- La racine carrée d'un nombre positif est sa valeur positive
- Donc \( \sqrt{a^2} = a \)
• Conclusion : \( \sqrt{a^2} = |a| \) car les deux valent a

2ème cas : a est négatif (a < 0)
• Si a < 0, alors |a| = -a (car la valeur absolue rend positif)
• Calculons \( \sqrt{a^2} \) :
- Exemple : si a = -3, a² = 9 et \( \sqrt{9} = 3 = -(-3) \)
- En général : \( \sqrt{a^2} = -a \) (résultat positif)
• Conclusion : \( \sqrt{a^2} = |a| \) car les deux valent -a

Synthèse :
Nous avons couvert tous les cas possibles (a positif et a négatif). Dans les deux situations, l'égalité est vérifiée. Ainsi, pour tout réel a :
\( \sqrt{a^2} = |a| \)

Application visuelle :
Considérons a = 2 et a = -2 :
• \( \sqrt{2^2} = \sqrt{4} = 2 = |2| \)
• \( \sqrt{(-2)^2} = \sqrt{4} = 2 = |-2| \)
Les deux exemples confirment notre démonstration générale.


Exercice 4 : Équation linéaire à deux inconnues ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : On considère l'équation \( 4x - 2y = 6 \).

  1. Vérifier que (1;-1) est solution
  2. Les couples suivants sont-ils solutions ?
    • a) (-2;-6)
    • b) (7;11)
    • c) (1,5;0)
  3. Trouver y pour que (4;y) soit solution
  4. Exprimer y en fonction de x
Correction guidée :

1. Vérification pour (1;-1) :
Remplaçons x par 1 et y par -1 dans l'équation :
\( 4(1) - 2(-1) = 4 + 2 = 6 \)
Le résultat correspond au second membre (6), donc (1;-1) est bien solution.

2. Test des couples :
a) (-2;-6) :
Calcul : \( 4(-2) - 2(-6) = -8 + 12 = 4 \)
4 ≠ 6 → Non solution
b) (7;11) :
Calcul : \( 4(7) - 2(11) = 28 - 22 = 6 \)
6 = 6 → Solution valide
c) (1,5;0) :
Calcul : \( 4(1,5) - 2(0) = 6 - 0 = 6 \)
6 = 6 → Solution valide

3. Trouver y pour (4;y) solution :
Méthode : Substituer x = 4 dans l'équation et résoudre pour y :
\( 4(4) - 2y = 6 \)
\( 16 - 2y = 6 \)
\( -2y = -10 \)
\( y = 5 \)
Solution : Le couple solution est (4;5)

4. Expression de y en fonction de x :
Résolution pas à pas :
1. Équation de départ : \( 4x - 2y = 6 \)
2. Isolons le terme en y : \( -2y = 6 - 4x \)
3. Multiplions par -1 : \( 2y = 4x - 6 \)
4. Divisons par 2 : \( y = 2x - 3 \)
Formule finale : \( y = 2x - 3 \)
Vérification : Si x=1, y=-1 (retrouve bien notre première solution)


Exercice 5 : Inéquations linéaires ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : On considère les inéquations \( 4x + 6 \geqslant 0 \) et \( -2x + 11 \geqslant 0 \).

  1. (-1,5) est-il solution des deux inéquations ?
  2. Proposer un autre nombre solution commun
  3. Résoudre ces inéquations
  4. Trouver un nombre solution de la première mais pas de la seconde
Correction détaillée :

1. Test pour x = -1,5 :
Première inéquation :
\( 4(-1,5) + 6 = -6 + 6 = 0 \geqslant 0 \) → Vrai
Deuxième inéquation :
\( -2(-1,5) + 11 = 3 + 11 = 14 \geqslant 0 \) → Vrai
Conclusion : -1,5 est solution des deux inéquations.

2. Autre solution commune :
Choisissons x = 0 (toujours un bon test) :
\( 0 + 6 \geqslant 0 \) → Vrai
\( 0 + 11 \geqslant 0 \) → Vrai
Solution valide : 0 est également solution des deux.

3. Résolution complète :
a) \( 4x + 6 \geqslant 0 \) :
1. Soustraire 6 : \( 4x \geqslant -6 \)
2. Diviser par 4 : \( x \geqslant -1{,}5 \)
Solution : \( [-1{,}5; +\infty[ \)
b) \( -2x + 11 \geqslant 0 \) :
1. Soustraire 11 : \( -2x \geqslant -11 \)
2. Diviser par -2 (attention, on inverse l'inégalité) : \( x \leqslant 5{,}5 \)
Solution : \( ]-\infty; 5{,}5] \)

4. Solution partielle :
Cherchons x solution de la première mais pas de la seconde :
• Doit vérifier \( x \geqslant -1{,}5 \) ET \( x > 5{,}5 \)
• Par exemple x = 6 :
- Première : \( 24 + 6 = 30 \geqslant 0 \) → Vrai
- Seconde : \( -12 + 11 = -1 \ngeqslant 0 \) → Faux
Réponse : 6 convient parfaitement.


Valeur Absolue, Algorithmie et Inégalités

Exercice 1 : Valeur absolue et algorithmie ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : On considère l'expression \( A = |x - 2{,}5| \).

  1. Que vaut A si on remplace x :
    • a) par \( 5 \) ?
    • b) par \( -7 \) ?
  2. A-t-on \( |x - 2{,}5| = x + 2{,}5 \) pour tout réel \( x \) ? Justifier.
  3. Compléter l'algorithme suivant pour qu'il calcule la distance entre \( x \) et \( 2{,}5 \)
                                        x = float(input("Saisir x:"))
                                        if x >= ... :
                                            distance = ...
                                        else:
                                            distance = ...
                                        print(distance)
Correction détaillée :

1. Calcul de \( A \) :
a) Pour \( x = 5 \) :
\( A = |5 - 2{,}5| = |2{,}5| = 2{,}5 \)
Interprétation : 5 est à 2,5 unités de 2,5 sur la droite numérique.

b) Pour \( x = -7 \) :
\( A = |-7 - 2{,}5| = |-9{,}5| = 9{,}5 \)
Interprétation : -7 est à 9,5 unités de 2,5 (dans l'autre direction).

2. Analyse de l'égalité :
L'égalité \( |x - 2{,}5| = x + 2{,}5 \) n'est pas toujours vraie.
Preuve par l'absurde :
• Test avec \( x = 0 \) : \( |0-2{,}5| = 2{,}5 \neq 0+2{,}5 = 2{,}5 \) → Égalité vérifiée
• Test avec \( x = -1 \) : \( |-1-2{,}5| = 3{,}5 \neq -1+2{,}5 = 1{,}5 \) → Égalité fausse
Conclusion : L'égalité n'est vraie que lorsque \( x \geq 2{,}5 \).

3. Algorithme complété :
x = float(input("Saisir x:"))
if x >= 2.5:
    distance = x - 2.5
else:
    distance = 2.5 - x
print(distance)
Explications :
• Si \( x \geq 2{,}5 \), la distance est \( x - 2{,}5 \)
• Sinon, c'est \( 2{,}5 - x \) (pour obtenir un résultat positif)
• La fonction abs() pourrait aussi être utilisée directement


Exercice 2 : Algorithmie des inéquations ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

  1. On considère l'algorithme incomplet pour résoudre \( ax + b < c \) :
            Saisir a
            Saisir b
            Saisir c
            solut  ⟵ (c-b)/a
            Si a < 0
              Afficher "S=]solut;+infini["
            sinon
              Afficher ...
            Fin si
    
    • a) Exécuter avec \( a = -5 \), \( b = 9 \), \( c = 104 \)
    • b) Compléter l'algorithme
  2. Écrire un algorithme pour \( ax + b < cx + d \)
Correction guidée :

1. a) Exécution avec \( a=-5 \), \( b=9 \), \( c=104 \) :
• \( \text{solut} = \frac{104-9}{-5} = \frac{95}{-5} = -19 \)
• Comme \( a < 0 \), l'algorithme affiche "S=]-19;+infini["
Vérification : \( -5x + 9 < 104 \Leftrightarrow -5x < 95 \Leftrightarrow x > -19 \) (on inverse car \( a<0 \))

1. b) Algorithme complété :
Saisir a
Saisir b
Saisir c
solut ← (c-b)/a
Si a < 0
    Afficher "S=]" + solut + ";+infini["
sinon
    Afficher "S=]-infini;" + solut + "["
Fin si
Explications :
• Quand \( a > 0 \), le sens de l'inégalité reste < donc solution à gauche
• Formatage de chaîne pour une sortie lisible

2. Algorithme pour \( ax + b < cx + d \) :
Saisir a, b, c, d
Si a == c
    Si b < d
        Afficher "S=ℝ"
    Sinon
        Afficher "S=∅"
    Fin si
Sinon
    coeff ← a - c
    solut ← (d - b)/coeff
    Si coeff < 0
        Afficher "S=]" + solut + ";+infini["
    Sinon
        Afficher "S=]-infini;" + solut + "["
    Fin si
Fin si
Cas particuliers :
• Si \( a = c \) : comparaison des termes constants
• Sinon : résolution normale avec gestion du signe


Exercice 3 : Somme d'inégalités ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé : Démontrer que si \( a < b \) et \( c < d \) alors \( a + c < b + d \).

  1. Comparer \( a + c \) et \( b + c \)
  2. Comparer \( b + c \) et \( b + d \)
  3. Conclusion
Démonstration rigoureuse :

1. Comparaison \( a + c \) et \( b + c \) :
On sait que \( a < b \) (hypothèse de départ).
En ajoutant \( c \) aux deux membres (l'addition conserve l'ordre) :
\( a + c < b + c \)

2. Comparaison \( b + c \) et \( b + d \) :
On sait que \( c < d \) (seconde hypothèse).
En ajoutant \( b \) aux deux membres :
\( b + c < b + d \)

3. Conclusion par transitivité :
Nous avons :
\( a + c < b + c < b + d \)
Par transitivité de l'inégalité (\( < \) est transitive) :
\( \mathbf{a + c < b + d} \)

Illustration numérique :
Prenons \( a=2 \), \( b=5 \), \( c=3 \), \( d=4 \) :
\( 2 + 3 = 5 < 5 + 3 = 8 < 5 + 4 = 9 \Rightarrow 5 < 9 \) ✔

Propriété générale :
On peut additionner membre à membre des inégalités de même sens, le résultat conserve le sens de l'inégalité.


Exercice 4 : Multiplication d'inégalités ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Pour \( a,b,c,d \) réels strictement positifs avec \( a < b \) et \( c < d \) :

  1. Comparer \( ac \) et \( bc \)
  2. Comparer \( bc \) et \( bd \)
  3. Conclusion et propriété
  4. Cette propriété est-elle toujours vraie ?
Correction méthodique :

1. Comparaison \( ac \) et \( bc \) :
On a \( a < b \) et \( c > 0 \) (strictement positif).
En multipliant par \( c > 0 \) (conservation de l'inégalité) :
\( ac < bc \)

2. Comparaison \( bc \) et \( bd \) :
On a \( c < d \) et \( b > 0 \).
En multipliant par \( b > 0 \) :
\( bc < bd \)

3. Conclusion :
Par transitivité :
\( ac < bc < bd \Rightarrow \mathbf{ac < bd} \)

Propriété énoncée :
Pour \( a,b,c,d > 0 \) :
Si \( a < b \) et \( c < d \) alors \( ac < bd \)
En clair : On peut multiplier membre à membre des inégalités entre nombres strictement positifs.

4. Contre-exemple général :
Non, la propriété n'est pas toujours vraie si les nombres ne sont pas positifs.
Exemple : \( a=-2 \), \( b=-1 \), \( c=-3 \), \( d=-2 \)
On a bien \( a < b \) et \( c < d \) mais \( ac=6 > bd=2 \)
Conclusion : La positivité est essentielle pour cette propriété.


Exercice 5 : Système d'inéquations ★ ★ ★ ☆ ☆
\[ \begin{cases} 3x + 100 > 172 \\ 100 + 50x \geq 75x - 627 \end{cases} \]

Trouver les entiers naturels pairs solutions.

Résolution complète :

1. Première inéquation : \( 3x + 100 > 172 \)
• Soustraire 100 : \( 3x > 72 \)
• Diviser par 3 : \( x > 24 \)
Solution partielle : \( ]24; +\infty[ \)

2. Seconde inéquation : \( 100 + 50x \geq 75x - 627 \)
• Regrouper les \( x \) : \( 100 + 627 \geq 75x - 50x \)
• Simplifier : \( 727 \geq 25x \)
• Diviser par 25 : \( x \leq 29{,}08 \)
Solution partielle : \( ]-\infty; 29{,}08] \)

3. Solution du système :
Intersection des deux solutions : \( ]24; 29{,}08] \)
Vérification graphique :
\( x \) doit être strictement supérieur à 24 et inférieur ou égal à 29,08.

4. Entiers naturels pairs :
Les entiers pairs dans \( ]24; 29{,}08] \) sont :
\( 26, 28 \)
(24 est exclu car \( x \) doit être \( >24 \), 30 est \( >29{,}08 \))

Validation :
• Pour \( x=26 \) :
\( 3 \times 26 + 100 = 178 > 172 \) ✔
\( 100 + 50 \times 26 = 1400 \geq 75 \times 26 - 627 = 1323 \) ✔
• Pour \( x=28 \) :
\( 3 \times 28 + 100 = 184 > 172 \) ✔
\( 100 + 50 \times 28 = 1500 \geq 75 \times 28 - 627 = 1473 \) ✔


Développement, Factorisation et Équations

Exercice 1 : Développement et identités remarquables ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Expliquez ce qu'est « développer » et « factoriser »
  2. Écrire les trois identités remarquables
  3. Développer, réduire et ordonner :
    • a) \( (x + 3)(x + 5) - 4x \)
    • b) \( x(3 - 2x) + 5x^2 + 2x \)
    • c) \( (5 - t)(1 + 2t) + 2(3t + 4) \)
    • d) \( 2x^2(x + 6) - x^3 + 4x^2 - 2x \)
  4. Développer avec identités remarquables :
    • a) \( (x + 12)^2 \)
    • b) \( (3x + 1)(3x - 1) \)
    • c) \( (6 - x)^2 \)
    • d) \( (x + 1)^2 + (x - 2)^2 \)
Correction détaillée :

1. Définitions :
Développer : Transformer un produit en somme algébrique
Factoriser : Transformer une somme en produit de facteurs

2. Identités remarquables :
1. \( (a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2 \)
2. \( (a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2 \)
3. \( (a + b)(a - b) = a^2 - b^2 \)

3. Développement :
a) \( (x + 3)(x + 5) - 4x = x^2 + 5x + 3x + 15 - 4x = x^2 + 4x + 15 \)
b) \( x(3 - 2x) + 5x^2 + 2x = 3x - 2x^2 + 5x^2 + 2x = 3x^2 + 5x \)
c) \( (5 - t)(1 + 2t) + 2(3t + 4) = 5 + 10t - t - 2t^2 + 6t + 8 = -2t^2 + 15t + 13 \)
d) \( 2x^2(x + 6) - x^3 + 4x^2 - 2x = 2x^3 + 12x^2 - x^3 + 4x^2 - 2x = x^3 + 16x^2 - 2x \)

4. Identités remarquables :
a) \( (x + 12)^2 = x^2 + 24x + 144 \)
b) \( (3x + 1)(3x - 1) = 9x^2 - 1 \)
c) \( (6 - x)^2 = 36 - 12x + x^2 \)
d) \( (x + 1)^2 + (x - 2)^2 = (x^2 + 2x + 1) + (x^2 - 4x + 4) = 2x^2 - 2x + 5 \)


Exercice 2 : Factorisation ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Factoriser en soulignant le facteur commun :
    • a) \( (2x - 3)(24x - 3) + (2x - 3)(-22x + 5) \)
    • b) \( (15x + 7)(3 - x) + (12x + 5)(15x + 7) \)
    • c) \( (7x - 26)(11x + 8) + (7x - 26)(12x + 4) \)
    • d) \( (13t + 5)(-5t + 2) - (8t - 15)(13t + 5) \)
  2. Factoriser avec identités remarquables :
    • a) \( x^2 - 12 \)
    • b) \( 9y^2 + 12y + 4 \)
    • c) \( x^2 + 169 - 26x \)
    • d) \( 144x + 144x^2 + 36 \)
  3. Résoudre dans \( \mathbb{R} \) :
    • a) \( 5x^2 - 6x = 0 \)
    • b) \( (2x + 1)(x + 4) + (x + 4)(3 - 5x) = 0 \)
    • c) \( (x - 7)(3x - 5) - (9x - 4)(x - 7) = 0 \)
Correction détaillée :

1. Factorisation par facteur commun :
a) Facteur commun \( (2x - 3) \) :
\( (2x - 3)[(24x - 3) + (-22x + 5)] = (2x - 3)(2x + 2) = 2(2x - 3)(x + 1) \)
b) Facteur commun \( (15x + 7) \) :
\( (15x + 7)[(3 - x) + (12x + 5)] = (15x + 7)(11x + 8) \)
c) Facteur commun \( (7x - 26) \) :
\( (7x - 26)[(11x + 8) + (12x + 4)] = (7x - 26)(23x + 12) \)
d) Facteur commun \( (13t + 5) \) :
\( (13t + 5)[(-5t + 2) - (8t - 15)] = (13t + 5)(-13t + 17) \)

2. Identités remarquables :
a) \( x^2 - 12 = (x - \sqrt{12})(x + \sqrt{12}) = (x - 2\sqrt{3})(x + 2\sqrt{3}) \)
b) \( 9y^2 + 12y + 4 = (3y + 2)^2 \)
c) \( x^2 - 26x + 169 = (x - 13)^2 \)
d) \( 144x^2 + 144x + 36 = 36(4x^2 + 4x + 1) = 36(2x + 1)^2 \)

3. Résolution d'équations :
a) \( 5x^2 - 6x = 0 \Rightarrow x(5x - 6) = 0 \Rightarrow x = 0 \) ou \( x = \frac{6}{5} \)
b) Facteur commun \( (x + 4) \) :
\( (x + 4)[(2x + 1) + (3 - 5x)] = (x + 4)(-3x + 4) = 0 \)
Solutions : \( x = -4 \) ou \( x = \frac{4}{3} \)
c) Facteur commun \( (x - 7) \) :
\( (x - 7)[(3x - 5) - (9x - 4)] = (x - 7)(-6x - 1) = 0 \)
Solutions : \( x = 7 \) ou \( x = -\frac{1}{6} \)


Exercice 3 : Équations diverses ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Résoudre dans \( \mathbb{R} \) :

  • a) \( \sqrt{x} = 12 \)
  • b) \( \sqrt{x} = -2 \)
  • c) \( 3\sqrt{x} = 21 \)
  • d) \( \frac{x-2}{x+9} = 0 \)
  • e) \( \frac{5x-1}{2x+3} = 0 \)
  • f) \( \frac{x+1}{x-1} = \frac{1}{2} \)
Correction détaillée :

a) \( \sqrt{x} = 12 \) :
Élever au carré : \( x = 144 \)
Vérification : \( \sqrt{144} = 12 \) ✔
Solution : \( \boxed{144} \)

b) \( \sqrt{x} = -2 \) :
Impossible car \( \sqrt{x} \geq 0 \)
Solution : \( \boxed{\emptyset} \)

c) \( 3\sqrt{x} = 21 \) :
Diviser par 3 : \( \sqrt{x} = 7 \)
Élever au carré : \( x = 49 \)
Solution : \( \boxed{49} \)

d) \( \frac{x-2}{x+9} = 0 \) :
Numérateur nul et dénominateur non nul :
\( x - 2 = 0 \) et \( x + 9 \neq 0 \) ⇒ \( x = 2 \)
Solution : \( \boxed{2} \)

e) \( \frac{5x-1}{2x+3} = 0 \) :
\( 5x - 1 = 0 \) et \( 2x + 3 \neq 0 \) ⇒ \( x = \frac{1}{5} \)
Solution : \( \boxed{\dfrac{1}{5}} \)

f) \( \frac{x+1}{x-1} = \frac{1}{2} \) :
Produit en croix : \( 2(x + 1) = x - 1 \)
Développer : \( 2x + 2 = x - 1 \)
Résoudre : \( x = -3 \)
Vérification : \( \frac{-2}{-4} = \frac{1}{2} \) ✔
Solution : \( \boxed{-3} \)


Exercice 4 : Développement avancé ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Développer, réduire et ordonner :
    • a) \( (3x - 2)(5 - x) - 4x(x + 6) \)
    • b) \( -3(2 - 2x)(6 - 2x) \)
    • c) \( 2(x + 3)(5x + 1) \)
    • d) \( -2(x^2 + 1)(x - 2) \)
  2. Mettre sous forme \( a + b\sqrt{2} \) :
    • a) \( (1+\sqrt{2})^2 \)
    • b) \( (3-\sqrt{2})^2 \)
    • c) \( (4+2\sqrt{2})^2 \)
    • d) \( (4-\sqrt{2})^2(4+\sqrt{2}) \)
  3. Factoriser avec différence de carrés :
    • a) \( (x - 4)^2 - 36 \)
    • b) \( y^2 - 5 \)
    • c) \( 25 - (2 - x)^2 \)
    • d) \( (x + 3)^2 - (2x + 4)^2 \)
Correction détaillée :

1. Développement :
a) \( 15x - 3x^2 - 10 + 2x - 4x^2 - 24x = -7x^2 - 7x - 10 \)
b) \( -3(12 - 4x - 12x + 4x^2) = -12x^2 + 48x - 36 \)
c) \( 2(5x^2 + x + 15x + 3) = 10x^2 + 32x + 6 \)
d) \( -2(x^3 - 2x^2 + x - 2) = -2x^3 + 4x^2 - 2x + 4 \)

2. Forme \( a + b\sqrt{2} \) :
a) \( 1 + 2\sqrt{2} + 2 = 3 + 2\sqrt{2} \)
b) \( 9 - 6\sqrt{2} + 2 = 11 - 6\sqrt{2} \)
c) \( 16 + 16\sqrt{2} + 8 = 24 + 16\sqrt{2} \)
d) \( (16 - 8\sqrt{2} + 2)(4 + \sqrt{2}) = (18 - 8\sqrt{2})(4 + \sqrt{2}) = 72 + 18\sqrt{2} - 32\sqrt{2} - 16 = 56 - 14\sqrt{2} \)

3. Différence de carrés :
a) \( (x - 4 - 6)(x - 4 + 6) = (x - 10)(x + 2) \)
b) \( (y - \sqrt{5})(y + \sqrt{5}) \)
c) \( (5 - (2 - x))(5 + (2 - x)) = (3 + x)(7 - x) \)
d) \( [(x+3)-(2x+4)][(x+3)+(2x+4)] = (-x-1)(3x+7) = -(x+1)(3x+7) \)


Exercice 5 : Démonstrations ★ ★ ★ ★ ☆

Énoncé :

  1. Démontrer que si deux réels ont même carré, alors ils sont égaux ou opposés
  2. Démontrer que deux réels positifs sont égaux ssi leurs carrés sont égaux
Démonstrations complètes :

1. Même carré ⇒ égaux ou opposés :
Soit \( a, b \in \mathbb{R} \) tels que \( a^2 = b^2 \).
On a : \( a^2 - b^2 = 0 \) ⇒ \( (a - b)(a + b) = 0 \)
Donc soit \( a - b = 0 \) ⇒ \( a = b \)
Soit \( a + b = 0 \) ⇒ \( a = -b \)
Conclusion : \( a = b \) ou \( a = -b \)

2. Équivalence pour réels positifs :
Sens direct : Si \( a = b \) alors clairement \( a^2 = b^2 \)
Réciproque : Si \( a^2 = b^2 \) avec \( a, b \geq 0 \)
D'après 1), on a \( a = b \) ou \( a = -b \)
Mais \( a, b \geq 0 \), donc \( a = -b \) impliquerait \( a = b = 0 \)
Dans tous les cas, \( a = b \)
Conclusion : Pour \( a, b \geq 0 \), \( a = b \Leftrightarrow a^2 = b^2 \)


Problèmes contextuels et Fonctions

Exercice 1 : Croissance d'entreprise ★ ★ ☆ ☆ ☆

Contexte : La startup TechGrowth a vu ses effectifs passer de 150 à 216 employés en deux ans avec un taux de croissance annuel constant.

  1. Calculer le pourcentage global d'augmentation sur les deux ans.
  2. En déduire le taux de croissance annuel moyen t% (arrondi à 0,1%).
  3. Si ce taux se maintient, combien d'employés comptera l'entreprise dans 5 ans?
  4. Après combien d'années l'effectif dépassera-t-il 300 employés?
Correction détaillée :

1. Pourcentage global :
Augmentation : \( 216 - 150 = 66 \) employés
Pourcentage : \( \frac{66}{150} \times 100 = 44\% \)

2. Taux annuel t :
On résout \( 150 \times (1 + \frac{t}{100})^2 = 216 \)
\( (1 + \frac{t}{100})^2 = 1,44 \)
\( 1 + \frac{t}{100} = 1,2 \) (car t > 0)
\( t = 20\% \)

3. Projection à 5 ans :
\( 150 \times 1,2^5 \approx 150 \times 2,488 = 373 \) employés

4. Seuil des 300 employés :
On résout \( 150 \times 1,2^n > 300 \)
\( 1,2^n > 2 \)
\( n > \frac{\ln(2)}{\ln(1,2)} \approx 3,8 \) ans
Donc après 4 ans.


Exercice 2 : Optimisation de production ★ ★ ☆ ☆ ☆

Contexte : Une usine modélise son coût de production journalier (en milliers d'euros) par \( C(x) = 3(x - 3)^2 + 5 \) où x est la quantité produite (en tonnes).

  1. Vérifier que \( C(x) = 3x^2 - 18x + 32 \).
  2. Calculer le coût pour :
    • a) 2 tonnes produites
    • b) Aucune production (x=0)
  3. Déterminer la quantité minimale à produire pour que le coût ne dépasse pas 10 000€.
  4. Calculer le coût pour une production de \( 3 + \sqrt{5} \) tonnes.
Correction détaillée :

1. Développement :
\( C(x) = 3(x^2 - 6x + 9) + 5 = 3x^2 - 18x + 27 + 5 = 3x^2 - 18x + 32 \)

2. Calculs :
a) Forme développée :
\( C(2) = 3(4) - 18(2) + 32 = 12 - 36 + 32 = 8 \) → 8 000€
b) Forme développée :
\( C(0) = 0 - 0 + 32 = 32 \) → 32 000€ (coût fixe)

3. Optimisation :
On résout \( 3(x - 3)^2 + 5 \leq 10 \)
\( (x - 3)^2 \leq \frac{5}{3} \)
\( -\sqrt{\frac{5}{3}} \leq x - 3 \leq \sqrt{\frac{5}{3}} \)
Production entre \( 1,71 \) et \( 4,29 \) tonnes

4. Forme canonique :
\( C(3 + \sqrt{5}) = 3(\sqrt{5})^2 + 5 = 3 \times 5 + 5 = 20 \) → 20 000€


Exercice 3 : Étude de marché ★ ★ ★ ☆ ☆

Contexte : Le bénéfice B(x) (en k€) d'un produit est modélisé par \( B(x) = (x - 2)(3 + 7x) \) où x est le prix de vente (en €).

  1. Déterminer les prix pour lesquels le produit est rentable (B(x) ≥ 0).
  2. Développer l'expression de B(x).
  3. Le directeur veut un bénéfice exact de 6000€. Déterminer les prix possibles.
  4. Calculer le bénéfice maximal et le prix associé.
Correction détaillée :

1. Rentabilité :
\( B(x) = 0 \Rightarrow x = 2 \) ou \( x = -\frac{3}{7} \) (à rejeter car prix positif)
Tableau de signe : positif pour \( x > 2 \) €

2. Développement :
\( B(x) = 3x + 7x^2 - 6 - 14x = 7x^2 - 11x - 6 \)

3. Bénéfice de 6000€ :
On résout \( 7x^2 - 11x - 6 = 6 \)
\( 7x^2 - 11x - 12 = 0 \)
Δ = 121 + 336 = 457
\( x = \frac{11 \pm \sqrt{457}}{14} \) ≈ 2,34 € ou -0,73 € (seul 2,34€ convient)

4. Bénéfice maximal :
Forme canonique : \( B(x) = 7(x - \frac{11}{14})^2 - \frac{457}{28} \)
Bénéfice max de \( \frac{457}{28} \) k€ ≈ 16 321€ pour x ≈ 0,79€ (mais non rentable!)


Exercice 4 : Architecture ★ ★ ★ ☆ ☆

Contexte : Un architecte modélise la forme d'un bâtiment par la fonction \( h(x) = (x - 5)(x + 11) \) où x représente la position horizontale (en m).

  1. Déterminer la largeur au sol du bâtiment.
  2. Montrer que la hauteur maximale est de 64m.
  3. Calculer la hauteur à l'origine (x=0).
  4. Déterminer les positions où le bâtiment atteint exactement 32m de hauteur.
Correction détaillée :

1. Largeur au sol :
Racines : \( x = 5 \) et \( x = -11 \) → Largeur = \( 16 \)m

2. Forme canonique :
\( h(x) = x^2 + 6x - 55 = (x + 3)^2 - 9 - 55 = (x + 3)^2 - 64 \)
Hauteur max = -64m ? (Incohérence, probablement erreur dans l'énoncé)

3. Hauteur à l'origine :
\( h(0) = -55 \)m → Interprétation à revoir

4. Positions pour 32m :
\( (x + 3)^2 - 64 = 32 \)
\( (x + 3)^2 = 96 \)
\( x = -3 \pm 4\sqrt{6} \) ≈ 6,8m ou -12,8m


Exercice 5 : Ingénierie ★ ★ ★ ★ ☆

Contexte : Un ingénieur modélise la déformation d'une poutre par l'équation \( x^3 = 3x^2 - 4 \) où x représente la tension (en kN).

  1. Démontrer que \( (x - 2)^2(x + 1) = x^3 - 3x^2 + 4 \).
  2. En déduire les tensions critiques où la déformation devient dangereuse.
  3. Étudier le signe de la déformation pour x ∈ [0;4].
  4. Déterminer la tension maximale admissible avant rupture.
Correction détaillée :

1. Développement :
\( (x^2 - 4x + 4)(x + 1) = x^3 + x^2 - 4x^2 - 4x + 4x + 4 = x^3 - 3x^2 + 4 \)

2. Solutions :
\( x^3 - 3x^2 + 4 = 0 \Rightarrow (x - 2)^2(x + 1) = 0 \)
Tensions critiques : \( x = 2 \) kN (double) et \( x = -1 \) kN (à rejeter)

3. Signe :
Sur [0;4], \( (x - 2)^2 \geq 0 \) et \( x + 1 > 0 \) → Déformation toujours positive

4. Tension max :
D'après l'étude, la poutre résiste jusqu'à 4kN sans rupture critique.


Applications mathématiques concrètes

Exercice 1 : Géométrie pratique ★ ☆ ☆ ☆ ☆

Contexte : Un ingénieur doit concevoir des plaques circulaires pour un projet industriel. L'aire 𝒮 d'un disque de rayon r est donnée par \( \mathcal{S} = \pi r^2 \).

  1. Exprimer le rayon r en fonction de l'aire 𝒮.
  2. Calculer le rayon nécessaire pour une plaque de 25 cm² de surface.
  3. Si on double l'aire, comment évolue le rayon?
Correction détaillée :

1. Expression du rayon :
\( \mathcal{S} = \pi r^2 \) ⇒ \( r^2 = \frac{\mathcal{S}}{\pi} \) ⇒ \( r = \sqrt{\frac{\mathcal{S}}{\pi}} \)
Remarque : On ne conserve que la solution positive car un rayon est toujours positif.

2. Application numérique :
Pour \( \mathcal{S} = 25 \) cm² :
\( r = \sqrt{\frac{25}{\pi}} = \frac{5}{\sqrt{\pi}} \) cm (forme exacte)
Valeur approchée : \( r \approx 2,82 \) cm (soit 28,2 mm)

3. Évolution du rayon :
Si \( \mathcal{S}' = 2\mathcal{S} \), alors \( r' = \sqrt{2} \times r \) ≈ 1,414 × r
Conclusion : Le rayon est multiplié par √2 quand l'aire double.


Exercice 2 : Optimisation d'emballage ★ ★ ☆ ☆ ☆

Contexte : Une entreprise fabrique des boîtes rectangulaires de longueur L, largeur ℓ et hauteur h. Le volume est noté 𝒱 et l'aire totale 𝒜.

  1. Exprimer h en fonction des autres dimensions et du volume 𝒱.
  2. Exprimer h en fonction des autres dimensions et de l'aire 𝒜.
  3. Application : Pour L = 10 cm, ℓ = 5 cm et 𝒱 = 200 cm³, calculer h.
Correction détaillée :

1. Volume :
\( \mathcal{V} = L \times \ell \times h \) ⇒ \( h = \frac{\mathcal{V}}{L \times \ell} \)

2. Aire totale :
\( \mathcal{A} = 2(L\ell + Lh + \ell h) \)
En résolvant pour h : \( h = \frac{\mathcal{A} - 2L\ell}{2(L + \ell)} \)

3. Application :
\( h = \frac{200}{10 \times 5} = 4 \) cm
Vérification : \( \mathcal{V} = 10 \times 5 \times 4 = 200 \) cm³ ✔


Exercice 3 : Électricité pratique ★ ★ ☆ ☆ ☆

Contexte : Un technicien utilise la loi d'Ohm \( U = RI \) où U est la tension (V), R la résistance (Ω) et I l'intensité (A).

  1. Exprimer l'intensité I en fonction de U et R.
  2. Calculer la résistance d'un conducteur avec I = 0,16 A et U = 4 V.
  3. Pour une résistance fixe, comment varie l'intensité si on triple la tension?
Correction détaillée :

1. Expression de l'intensité :
\( U = RI \) ⇒ \( I = \frac{U}{R} \)

2. Application numérique :
\( R = \frac{U}{I} = \frac{4}{0,16} = 25 \) Ω

3. Variation :
Si \( U' = 3U \), alors \( I' = \frac{3U}{R} = 3I \)
Conclusion : L'intensité triple quand la tension triple.


Exercice 4 : Modélisation économique ★ ★ ☆ ☆ ☆

Contexte : Dans un modèle économique, la relation entre deux variables x et y est donnée par \( 2x^2 + 4y = 12 \).

  1. Exprimer y en fonction de x.
  2. Calculer y lorsque x = 2.
  3. Pour quelles valeurs de x a-t-on y = 0?
Correction détaillée :

1. Expression de y :
\( 4y = 12 - 2x^2 \) ⇒ \( y = 3 - \frac{x^2}{2} \)

2. Calcul pour x = 2 :
\( y = 3 - \frac{4}{2} = 1 \)

3. Résolution pour y = 0 :
\( 3 - \frac{x^2}{2} = 0 \) ⇒ \( x^2 = 6 \) ⇒ \( x = \sqrt{6} \) ou \( x = -\sqrt{6} \)


Exercice 5 : Analyse fonctionnelle ★ ★ ★ ☆ ☆

Contexte : La fonction \( A(x) = (x + 2)^2 - 9 \) modélise l'aire d'un panneau publicitaire en fonction de sa largeur x.

  1. Développer A(x).
  2. Factoriser A(x).
  3. Utiliser la forme adaptée pour :
    • a) Calculer A(3) et \( A(\sqrt{3} - 2) \)
    • b) Trouver les largeurs donnant une aire nulle
    • c) Déterminer quand l'aire vaut -5
Correction détaillée :

1. Forme développée :
\( A(x) = x^2 + 4x + 4 - 9 = x^2 + 4x - 5 \)

2. Forme factorisée :
\( A(x) = (x + 2)^2 - 9 = (x + 2 - 3)(x + 2 + 3) = (x - 1)(x + 5) \)

3. Utilisation :
a) Calculs :
• \( A(3) = (3)^2 + 4(3) - 5 = 9 + 12 - 5 = 16 \)
• \( A(\sqrt{3} - 2) = (\sqrt{3})^2 - 9 = 3 - 9 = -6 \)

b) Aire nulle :
Forme factorisée : \( (x - 1)(x + 5) = 0 \) ⇒ \( x = 1 \) ou \( x = -5 \) (à rejeter car largeur positive)

c) Aire = -5 :
\( x^2 + 4x - 5 = -5 \) ⇒ \( x^2 + 4x = 0 \) ⇒ \( x(x + 4) = 0 \) ⇒ \( x = 0 \) ou \( x = -4 \) (à rejeter)


Exercices Bilan : Inégalités, Valeur Absolue et Identités Remarquables

Exercice 1 : Inégalités et valeurs absolues ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Résoudre dans ℝ : \( |2x - 5| \leq 3 \)
  2. Donner l'intervalle correspondant à l'inégalité \( -2 < x + 1 \leq 4 \)
  3. Pour quelles valeurs de x a-t-on \( \sqrt{(x-3)^2} = 5 \) ?
Correction :

1. Valeur absolue :
\( |2x - 5| \leq 3 \) ⇔ \( -3 \leq 2x - 5 \leq 3 \)
⇔ \( 2 \leq 2x \leq 8 \) ⇔ \( 1 \leq x \leq 4 \)
Solution : \( [1;4] \)

2. Inégalité double :
\( -2 < x + 1 \leq 4 \) ⇔ \( -3 < x \leq 3 \)
Solution : \( ]-3;3] \)

3. Racine carrée :
\( \sqrt{(x-3)^2} = |x-3| = 5 \)
⇔ \( x-3 = 5 \) ou \( x-3 = -5 \)
⇔ \( x = 8 \) ou \( x = -2 \)


Exercice 2 : Identités remarquables ★ ★ ☆ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Développer \( (3x - 4)^2 \)
  2. Factoriser \( 9x^2 - 25 \)
  3. Résoudre \( x^2 - 6x + 9 = 0 \)
  4. Calculer \( (2 + \sqrt{5})^2 - (2 - \sqrt{5})^2 \)
Correction :

1. Développement :
\( (3x - 4)^2 = 9x^2 - 24x + 16 \)

2. Factorisation :
\( 9x^2 - 25 = (3x)^2 - 5^2 = (3x - 5)(3x + 5) \)

3. Équation :
\( x^2 - 6x + 9 = (x - 3)^2 = 0 \) ⇒ \( x = 3 \)

4. Calcul astucieux :
\( a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) \) avec \( a = 2+\sqrt{5} \), \( b = 2-\sqrt{5} \)
\( = (2\sqrt{5})(4) = 8\sqrt{5} \)


Exercice 3 : Problème contextuel ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé : Une entreprise fixe son prix de vente x (en €) tel que le bénéfice B(x) vérifie \( |x - 50| \leq 15 \).

  1. Déterminer l'intervalle des prix possibles.
  2. Le coût de production est \( C(x) = x^2 - 80x + 1600 \). Factoriser C(x).
  3. Pour quels prix le coût est-il inférieur à 100€ ?
Correction :

1. Intervalle des prix :
\( |x - 50| \leq 15 \) ⇔ \( 35 \leq x \leq 65 \)
Prix entre 35€ et 65€

2. Factorisation :
\( C(x) = x^2 - 80x + 1600 = (x - 40)^2 \)

3. Coût < 100€ :
\( (x - 40)^2 < 100 \) ⇔ \( |x - 40| < 10 \)
⇔ \( 30 < x < 50 \)


Exercice 4 : Synthèse ★ ★ ★ ☆ ☆

Énoncé :

  1. Résoudre \( \frac{x+3}{x-2} \leq 0 \)
  2. Développer et réduire \( (2x - 1)^2 - (x + 3)^2 \)
  3. Factoriser \( 4x^2 - 20x + 25 \)
  4. Résoudre \( |x^2 - 9| = 5 \)
Correction :

1. Inéquation rationnelle :
Tableau de signes :
\( x+3 \) s'annule en -3, \( x-2 \) en 2
Solution : \( [-3;2[ \) (le dénominateur ne peut être nul)

2. Développement :
\( = (4x^2 - 4x + 1) - (x^2 + 6x + 9) = 3x^2 - 10x - 8 \)

3. Factorisation :
\( 4x^2 - 20x + 25 = (2x - 5)^2 \)

4. Valeur absolue :
\( x^2 - 9 = 5 \) ⇒ \( x^2 = 14 \) ⇒ \( x = \pm\sqrt{14} \)
ou \( x^2 - 9 = -5 \) ⇒ \( x^2 = 4 \) ⇒ \( x = \pm2 \)


Exercice 5 : Problème ouvert ★ ★ ★ ★ ☆

Énoncé : Soit \( f(x) = |x^2 - 4| - 3 \).

  1. Résoudre \( f(x) = 0 \)
  2. Déterminer les valeurs de x pour lesquelles \( f(x) \leq 0 \)
  3. Montrer que \( f(x) \) peut s'écrire sans valeur absolue selon les intervalles
Correction :

1. Résolution :
\( |x^2 - 4| = 3 \) ⇔ \( x^2 - 4 = 3 \) ou \( x^2 - 4 = -3 \)
⇔ \( x^2 = 7 \) ou \( x^2 = 1 \)
⇔ \( x = \pm\sqrt{7} \) ou \( x = \pm1 \)

2. Inégalité :
\( |x^2 - 4| \leq 3 \) ⇔ \( -3 \leq x^2 - 4 \leq 3 \)
⇔ \( 1 \leq x^2 \leq 7 \)
⇔ \( x \in [-\sqrt{7};-1] \cup [1;\sqrt{7}] \)

3. Expression par intervalles :
• Si \( x \in ]-∞;-2] \cup [2;+∞[ \), \( f(x) = x^2 - 4 - 3 = x^2 - 7 \)
• Si \( x \in ]-2;2[ \), \( f(x) = -x^2 + 4 - 3 = -x^2 + 1 \)


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