madamasterclass.com

📔 Intervalles et inégalités

Exploration des intervalles et inégalités.

1. Intervalles

📢 Définition :
Un intervalle représente un ensemble continu de nombres réels compris entre deux bornes.

[a, b] ]a, b[ [a, b[
Types d'intervalles :
Notation Description Inégalité
[a, b] Fermé (bornes incluses) a ≤ x ≤ b
]a, b[ Ouvert (bornes exclues) a < x < b
[a, +∞[ Non majoré x ≥ a
2. Inégalités et inéquations

📢 Propriétés clés :
Pour tous réels a, b, c :

a < b a + c < b + c +c Si c < 0 inverse le sens
Résolution d'inéquation : Exemple \[ 2x - 5 < 3x + 1 \]
\[ \begin{align*} 2x - 3x &< 1 + 5 \\ -x &< 6 \\ x &> -6 \quad (\text{inversion du sens}) \end{align*} \]
Solution : x ∈ ]-6, +∞[
3. Valeur absolue

📢 Définition :
La valeur absolue d'un nombre réel x est sa distance à 0 sur la droite numérique :

\[ |x| = \begin{cases} x & \text{si } x \geq 0 \\ -x & \text{si } x < 0 \end{cases} \]
-3 5 |−3| = 3 |5| = 5
Propriétés essentielles :
  • \(|x| \geq 0\) et \(|x| = 0 \Leftrightarrow x = 0\)
  • \(|x \times y| = |x| \times |y|\)
  • Inégalité triangulaire : \(|x + y| \leq |x| + |y|\)
Équation avec valeur absolue : \[ |2x - 3| = 5 \Leftrightarrow 2x - 3 = 5 \text{ OU } 2x - 3 = -5 \]

Intervalles

Exercice 1: Notations et représentations ★ ★ ☆ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Maîtriser les notations d'intervalles et leur représentation graphique.

Énoncé :
1. Représenter sur une droite graduée et décrire à l'aide d'un intervalle l'ensemble des nombres réels \(x\) tels que : \(0 \leqslant x \leqslant 3\)
2. Donner l'intervalle correspondant à la représentation suivante :
-2 4

Question 1 :
- Représentation graphique :
0 3 - Intervalle : \([0; 3]\)

Question 2 :
L'intervalle représenté est \(]-2; 4]\) car :
- Crochet ouvert en -2 (rond vide)
- Crochet fermé en 4 (rond plein)
- Tous les nombres entre -2 (exclu) et 4 (inclus)


Exercice 2: Intersections et unions ★ ★ ★ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Effectuer des opérations sur les intervalles.

Énoncé :
Soient \(A = ]-∞; 4[\) et \(B = [1; 5]\).
1. Déterminer \(A \cap B\) et le représenter.
2. Déterminer \(A \cup B\) et le représenter.
3. Déterminer \(A \setminus B\) (différence de A par B)

Question 1 :
\(A \cap B = [1; 4[\)
Explication : Seuls les éléments communs à A (inférieurs à 4) et B (entre 1 et 5)
Représentation :
1 4

Question 2 :
\(A \cup B = ]-∞; 5]\)
Explication : Tous les éléments de A ou B, donc tout ce qui est inférieur ou égal à 5

Question 3 :
\(A \setminus B = ]-∞; 1[\)
Explication : Éléments de A qui ne sont pas dans B, donc strictement inférieurs à 1


Exercice 3: Inégalités et intervalles ★ ★ ★ ★ ☆

Objectif pédagogique : Traduire des inégalités en intervalles et inversement.

Énoncé :
1. Donner l'intervalle correspondant à : \(x < -1\) ou \(x \geq 2\)
2. Donner les inégalités correspondant à l'intervalle \(]-3; 0]\)
3. Résoudre et représenter : \(2 \leqslant x + 1 < 5\)

Question 1 :
\(]-∞; -1[ \cup [2; +∞[\)
Remarque : Union de deux intervalles disjoints

Question 2 :
\(-3 < x \leqslant 0\)
Attention : Crochet ouvert en -3 ⇒ strictement supérieur à -3

Question 3 :
On soustrait 1 partout : \(1 \leqslant x < 4\)
Solution : \([1; 4[\)
Représentation :
1 4


Exercice 4: Application physique ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Utiliser les intervalles pour décrire des contraintes physiques.

Énoncé :
La tension \(U\) (en volts) d'un circuit électrique doit satisfaire : \(220 \pm 10\%\)
1. Traduire cette condition sous forme d'inégalité
2. Donner l'intervalle correspondant
3. Représenter graphiquement cet intervalle

Question 1 :
\(220 - 10\% \leqslant U \leqslant 220 + 10\%\)
Soit \(220 - 22 \leqslant U \leqslant 220 + 22\) ⇒ \(198 \leqslant U \leqslant 242\)

Question 2 :
Intervalle : \([198; 242]\)

Question 3 :
Représentation :
198 242


Exercice 5: Application économique ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Appliquer les intervalles à des problèmes de gestion.

Énoncé :
Un magasin propose une réduction selon le montant \(x\) (en €) des achats :
- 5% si \(50 \leqslant x < 100\)
- 10% si \(100 \leqslant x < 200\)
- 15% si \(x \geqslant 200\)
1. Donner les intervalles correspondant à chaque taux
2. Représenter graphiquement ces intervalles sur une même droite
3. Un client achète pour 150€. Quel taux s'applique ?

Question 1 :
- 5% : \([50; 100[\)
- 10% : \([100; 200[\)
- 15% : \([200; +∞[\)

Question 2 :
Représentation :
50 100 200 ... 5% 10% 15%

Question 3 :
150€ ∈ \([100; 200[\) ⇒ réduction de 10%


Inégalités, inéquations et modélisation

Exercice 1: Manipulation d'inégalités ★ ★ ☆ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Comprendre les propriétés des inégalités.

Énoncé :
Soient \(a\) et \(b\) deux nombres tels que \(2 \leq a \leq 5\) et \(-1 \leq b \leq 3\).
1. Donner un encadrement de \(a + b\)
2. Que devient cet encadrement si on ajoute 3 à \(a\) ?
3. Peut-on encadrer \(a - b\) ? Si oui, le faire.

Question 1 :
On additionne les bornes :
\(2 + (-1) \leq a + b \leq 5 + 3\) ⇒ \(1 \leq a + b \leq 8\)

Question 2 :
Après ajout de 3 : \(5 \leq a \leq 8\)
Nouvel encadrement : \(5 + (-1) \leq a + b \leq 8 + 3\) ⇒ \(4 \leq a + b \leq 11\)

Question 3 :
Pour \(a - b\), on écrit \(-b\) : \(-3 \leq -b \leq 1\)
Puis \(2 + (-3) \leq a - b \leq 5 + 1\) ⇒ \(-1 \leq a - b \leq 6\)


Exercice 2: Résolution d'inéquation ★ ★ ★ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Résoudre des inéquations du premier degré.

Énoncé :
Résoudre et représenter les solutions sur une droite graduée :
1. \(3x - 5 \leq x + 3\)
2. \(2(1 - x) > 4\)
3. \(\frac{x + 1}{2} \geq \frac{2x - 3}{4}\)

Question 1 :
\(3x - x \leq 3 + 5\) ⇒ \(2x \leq 8\) ⇒ \(x \leq 4\)
Solution : \(]-\infty; 4]\)
Représentation :
4

Question 2 :
\(2 - 2x > 4\) ⇒ \(-2x > 2\) ⇒ \(x < -1\) (on change le sens en divisant par un négatif)
Solution : \(]-\infty; -1[\)

Question 3 :
On multiplie par 4 : \(2(x + 1) \geq 2x - 3\) ⇒ \(2x + 2 \geq 2x - 3\) ⇒ \(2 \geq -3\) (toujours vrai)
Solution : \(\mathbb{R}\) (tous les réels sont solutions)


Exercice 3: Problème géométrique ★ ★ ★ ★ ☆

Objectif pédagogique : Modéliser un problème géométrique par une inéquation.

Énoncé :
Un rectangle a une longueur \(L = x + 3\) et une largeur \(l = x - 1\) (en cm).
1. Exprimer son périmètre \(P\) en fonction de \(x\)
2. Pour quelles valeurs de \(x\) l'aire est-elle strictement inférieure à 15 cm² ?
3. La largeur doit être positive. Quelle condition cela impose-t-il sur \(x\) ?

Question 1 :
\(P = 2(L + l) = 2((x + 3) + (x - 1)) = 2(2x + 2) = 4x + 4\) cm

Question 2 :
Aire \(A = L \times l = (x + 3)(x - 1) < 15\)
Développons : \(x^2 + 2x - 3 < 15\) ⇒ \(x^2 + 2x - 18 < 0\)
Racines : \(x = \frac{-2 \pm \sqrt{76}}{2} ≈ -4,36\) et \(2,36\)
Solution : \(x ∈ ]-4,36; 2,36[\) (valeurs entre les racines car coefficient de \(x^2\) positif)

Question 3 :
\(l > 0\) ⇒ \(x - 1 > 0\) ⇒ \(x > 1\)
La solution finale doit satisfaire les deux conditions : \(x ∈ ]1; 2,36[\)


Exercice 4: Modélisation économique ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Utiliser les inéquations pour résoudre un problème économique.

Énoncé :
Une entreprise produit des objets à un coût unitaire de 5€. Chaque objet est vendu 12€.
Les coûts fixes s'élèvent à 1500€.
1. Exprimer le bénéfice \(B\) en fonction du nombre \(x\) d'objets vendus
2. À partir de combien d'objets vendus l'entreprise est-elle rentable ?
3. L'entreprise a une capacité maximale de 300 objets. Quel est son bénéfice maximal ?

Question 1 :
Coût total : \(C = 5x + 1500\)
Chiffre d'affaires : \(CA = 12x\)
Bénéfice : \(B = CA - C = 12x - (5x + 1500) = 7x - 1500\)

Question 2 :
Rentabilité si \(B > 0\) ⇒ \(7x - 1500 > 0\) ⇒ \(x > \frac{1500}{7} ≈ 214,29\)
Il faut donc vendre au moins 215 objets.

Question 3 :
\(B(300) = 7×300 - 1500 = 2100 - 1500 = 600\)€
Le bénéfice maximal est de 600€ pour 300 objets vendus.


Exercice 5: Problème combiné ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Combiner plusieurs compétences sur les inégalités.

Énoncé :
On considère les inéquations :
(I) \( \frac{2x - 1}{3} \leq x + 2 \)
(II) \( 3 - x \geq 0 \)
1. Résoudre (I) et (II) séparément
2. Représenter les solutions sur une même droite graduée
3. Déterminer les solutions satisfaisant simultanément (I) et (II)

Question 1 :
• (I) : On multiplie par 3 ⇒ \(2x - 1 \leq 3x + 6\) ⇒ \(-x \leq 7\) ⇒ \(x \geq -7\)
• (II) : \(-x \geq -3\) ⇒ \(x \leq 3\)

Question 2 :
-7 3
(Vert : solutions de (I), Bleu : solutions de (II))

Question 3 :
Solutions communes : \(x ∈ [-7; 3]\) (intersection des deux ensembles)


Valeur absolue d'un nombre

Exercice 1: Calculs de base ★ ★ ☆ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Maîtriser le calcul de valeurs absolues.

Énoncé :
Calculer :
1. \( |5| \) et \( |-3| \)
2. \( |\sqrt{2} - 2| \)
3. \( |π - 3| \) (sachant que π ≈ 3,14)

Question 1 :
• \( |5| = 5 \) (car 5 ≥ 0)
• \( |-3| = 3 \) (car -3 ≤ 0, on prend son opposé)

Question 2 :
Comme \( \sqrt{2} ≈ 1,414 < 2 \), \( \sqrt{2} - 2 \) est négatif.
Donc \( |\sqrt{2} - 2| = 2 - \sqrt{2} ≈ 0,586 \)

Question 3 :
\( π - 3 ≈ 0,14 > 0 \), donc \( |π - 3| = π - 3 ≈ 0,14 \)


Exercice 2: Distance et valeur absolue ★ ★ ★ ☆ ☆

Objectif pédagogique : Lier valeur absolue et distance sur la droite numérique.

Énoncé :
1. Donner la distance entre -2 et 3 en utilisant la valeur absolue
2. Trouver tous les réels \( x \) tels que \( |x - 1| = 4 \)
3. Représenter graphiquement \( |x + 2| ≤ 3 \)

Question 1 :
Distance = \( |3 - (-2)| = |5| = 5 \)

Question 2 :
\( |x - 1| = 4 \) ⇔ \( x - 1 = 4 \) ou \( x - 1 = -4 \)
⇔ \( x = 5 \) ou \( x = -3 \)

Question 3 :
\( |x + 2| ≤ 3 \) ⇔ \( -3 ≤ x + 2 ≤ 3 \) ⇔ \( -5 ≤ x ≤ 1 \)
Représentation :
-5 1


Exercice 3: Valeur absolue et racine carrée ★ ★ ★ ★ ☆

Objectif pédagogique : Explorer le lien entre valeur absolue et racine carrée.

Énoncé :
1. Calculer \( \sqrt{(-3)^2} \) et \( (\sqrt{3})^2 \)
2. Comparer \( \sqrt{x^2} \) et \( |x| \) pour \( x ∈ \mathbb{R} \)
3. Simplifier \( \sqrt{(2 - \sqrt{5})^2} \)

Question 1 :
• \( \sqrt{(-3)^2} = \sqrt{9} = 3 = |-3| \)
• \( (\sqrt{3})^2 = 3 \) (la racine carrée est définie positive)

Question 2 :
Pour tout réel \( x \), \( \sqrt{x^2} = |x| \).
Preuve : Si \( x ≥ 0 \), \( \sqrt{x^2} = x = |x| \). Si \( x < 0 \), \( \sqrt{x^2} = -x = |x| \).

Question 3 :
\( \sqrt{(2 - \sqrt{5})^2} = |2 - \sqrt{5}| \). Or \( \sqrt{5} ≈ 2,236 > 2 \), donc :
\( = \sqrt{5} - 2 ≈ 0,236 \)


Exercice 4: Application en physique ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Utiliser la valeur absolue pour modéliser une situation physique.

Énoncé :
La température \( T \) d'un réfrigérateur doit être maintenue à \( 4°C \pm 2°C \).
1. Exprimer cette condition avec une valeur absolue
2. Donner l'intervalle de température acceptable
3. Le réfrigérateur affiche \( 6,5°C \). Est-ce acceptable ?

Question 1 :
\( |T - 4| ≤ 2 \)

Question 2 :
\( -2 ≤ T - 4 ≤ 2 \) ⇒ \( 2 ≤ T ≤ 6 \)
L'intervalle acceptable est [2°C; 6°C]

Question 3 :
\( 6,5°C > 6°C \) ⇒ La température n'est pas acceptable (trop élevée)


Exercice 5: Équations complexes ★ ★ ★ ★ ★

Objectif pédagogique : Résoudre des problèmes combinant plusieurs concepts.

Énoncé :
1. Résoudre \( |2x - 1| = |x + 3| \)
2. Montrer que \( \sqrt{x^2 + 2x + 1} = |x + 1| \)
3. Application : Un capteur de mouvement détecte les objets à moins de 2 mètres. Modéliser avec une valeur absolue si le capteur est en position \( x = 1 \).

Question 1 :
Deux méthodes :
• Méthode 1 : Élever au carré ⇒ \( (2x - 1)^2 = (x + 3)^2 \) ⇒ \( 4x^2 - 4x + 1 = x^2 + 6x + 9 \) ⇒ \( 3x^2 - 10x - 8 = 0 \)
Solutions : \( x = 4 \) et \( x = -\frac{2}{3} \)
• Méthode 2 : Deux cas \( 2x - 1 = x + 3 \) (⇒ \( x = 4 \)) ou \( 2x - 1 = -(x + 3) \) (⇒ \( x = -\frac{2}{3} \))

Question 2 :
\( \sqrt{x^2 + 2x + 1} = \sqrt{(x + 1)^2} = |x + 1| \) par la propriété générale.

Question 3 :
\( |x - 1| ≤ 2 \) (objets entre -1m et 3m du capteur)


Forum(s) associé(s)

Page: