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 :
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 :
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 :
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 :
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 ?
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 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 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 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)
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 \( |x + 2| ≤ 3 \)
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 \( 2x - 1 = -(x + 3) \) (⇒ \( x = -\frac{2}{3} \))