Cinq ensembles emboîtés : entiers naturelsN,entiers relatifsZ,décimauxD,rationnelsQ,réelsR.
Un décimal s'écrit 10pa, un rationnel qp ;
À retenir
N⊂Z⊂D⊂Q⊂R
inclusions
D:10pa,a∈Z,p∈N
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Vocabulaire
Lire les notations des ensembles
02
Le symbole ∈ relie un nombre à un ensemble : −3∈Z se lit « moins trois appartient à Z », et ∈/ nie cette appartenance.
Le symbole ⊂ relie deux ensembles : Z⊂Q se lit « Z est inclus dans Q ».
Méthode
Déterminer la nature d'un nombre
03
On cherche le plus petit ensemble qui contient le nombre : on calcule, on rend la fraction irréductible
Puis : on regarde son dénominateur.
1
Simplifier : A=1245=415 (on a divisé par 3).
Piège
La calculatrice n'affiche que des décimaux
04
L'écran affiche 2≈1,414213562 : ce nombre-là est décimal, alors que 2 ne l'est pas.
Formulaire
Calculs avec les fractions
05
Règles de calcul pour b=0 et d=0 (et c=0 pour la division, puisqu'on inverse dc).
Méthode
Calculer une expression avec des fractions
06
On respecte les priorités (produits et quotients avant sommes)
Puis : on réduit au même dénominateur.
Avec A=43−65×52 :
Piège
Simplifier, c'est barrer un facteur
07
On ne barre un nombre au numérateur et au dénominateur que s'il y est en facteur, jamais s'il est un terme d'une somme.
Ainsi : 66+4 ne vaut pas 4 :
il vaut 610=35
Formulaire
Puissances
08
Pour a=0 : a1=a,a0=1, et l'exposant négatif désigne l'inverse.
Définition
La notation scientifique
09
La notation scientifique d'un nombre non nul est son écriture a×10n, où n est un entier relatif et où a n'a qu'un seul chiffre non nul avant la virgule, c'est-à-dire 1≤∣a∣<10.
Méthode
Calculer avec les puissances de 10
10
On sépare les nombres d'un côté et les puissances de 10 de l'autre, on applique les règles d'exposants
Puis : on repasse en notation scientifique.
Avec A=4×10−1(2×103)2×10−5 :
Piège
Le signe et l'exposant
11
Sans parenthèses, l'exposant ne porte pas sur le signe moins :
−32=−(32)=−9, alors que (−3)2=9
Méthode
Développer et factoriser
12
Développer transforme un produit en somme, factoriser fait l'inverse (mise en évidence d'un facteur commun).
Après développement, on réduit puis on ordonne par puissances décroissantes de x.
À retenir
a(b+c)=ab+ac
simple distributivité
(a+b)(c+d)=ac+ad+bc+bd
Définition
Intervalles, réunion et intersection
13
Un intervalle est un ensemble de réels « sans trou » ;
crochet fermé si la borne est incluse, ouvert sinon (l'infini toujours ouvert).
L'intersectionI∩J regroupe les réels communs aux deux, la réunionI∪J ceux de l'un ou l'autre.
À retenir
[a;b]:a≤x≤b
Méthode
Intersection et réunion, borne par borne
14
On place les deux intervalles sur une droite graduée, au brouillon : l'intersection est la partie commune, la réunion la partie couverte par au moins l'un des deux.
Avec I=[−3;4[ et J=]1;7] :
1
Intersection :
il faut x>1 et x<4
Propriété
Ordre, addition et multiplication
15
Ajouter un même nombre aux deux membres d'une inégalité ne change pas son sens, et la multiplier par un nombre strictement positif non plus.
En revanche, multiplier ou diviser les deux membres par un nombre strictement négatifchange le sens de l'inégalité.
Par exemple 2<5, mais en multipliant par −3 on obtient −6>−15.
À retenir
a≤b⟹a+c≤b+c
Méthode
Résoudre une inéquation du premier degré
16
On isole x comme dans une équation, en surveillant le signe du coefficient au moment de diviser
Puis : on écrit la réponse en intervalle.
Avec −3x+5≤11 :
1
On retranche 5 aux deux membres :
−3x≤6
Méthode
Encadrer, arrondir, compter les chiffres significatifs
17
Un encadrement d'amplitude10−n d'un réel est un encadrement par deux décimaux qui diffèrent de 10−n :
à 10−3 près, 1,414<2<1,415
Méthode
Comparer deux nombres : différence ou quotient
18
Pour comparer A et B, on étudie le signe de la différenceA−B : si elle est positive, A est le plus grand.
Quand les deux nombres sont strictement positifs, on peut aussi comparer leur quotientBA à 1.
Exercices d'application
Exercice 1
Ensembles emboîtés (vrai ou faux)
Indiquer si chaque affirmation est vraie ou fausse, en justifiant : 1) −7∈N 2) 315∈Z 3) Tout entier relatif est un décimal. 4) 41∈D 5) π∈Q
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les irrationnels (comme 2,π) sont réels non rationnels.
décimaux
Q:qp,p∈Z,q∈Z∗
rationnels
Une étoile retire le nombre 0 de l'ensemble, un exposant + ou − n'en garde qu'un côté, zéro compris.
À retenir
−3∈Z
le symbole d'appartenance relie un nombre à un ensemble
Z⊂Q
le symbole d'inclusion relie deux ensembles entre eux
1R+:x≥0
2R∗:x=0
l'exposant plus garde les positifs, l'étoile retire le zéro
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
2
Le dénominateur 4=22 ne contient que des 2
Donc : A est décimal :
A=3,75
3
B=37 est déjà irréductible et 3 n'est ni un 2 ni un 5 : B est rationnel non décimal.
Exemple
Sur la copie :
A∈D et B∈Q avec B∈/D
À retenir
1245=415=3,75
on simplifie avant de conclure sur la nature du nombre
q=2a×5baveca∈Netb∈N
une fraction irréductible est décimale exactement quand son dénominateur s'écrit ainsi
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Un irrationnel a un développement décimal illimité et non périodique
Donc : aucune écriture décimale finie ne le donne exactement.
Même 31=0,333…, pourtant rationnel, n'est pas décimal.
On garde les valeurs exactes pendant les calculs et on n'arrondit qu'à la fin, avec le symbole ≈.
À retenir
2≈1,414
ce symbole annonce une valeur arrondie, jamais une égalité
π∈/Q
un irrationnel ne s'écrit pas comme quotient de deux entiers
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
On termine toujours par la fraction irréductible (simplification par le PGCD).
À retenir
ba=dc⟺ad=bc
produit en croix
ba+bc=ba+c
ba+dc=bdad+bc
ba×dc=bdac
ba÷dc=ba×cd=bcad
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
1
Le produit d'abord :
65×52=3010=31
2
Même dénominateur : 12 est le plus petit multiple commun de 4 et de 3
Donc :
43=129 et 31=124
3
On soustrait les numérateurs :
A=129−4=125
Exemple
Sur la copie : A=125, irréductible car 5 et 12 n'ont aucun diviseur commun autre que 1.
À retenir
43−31=129−124=125
on ne soustrait les numérateurs qu'une fois les dénominateurs identiques
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
En revanche 66×4=4
Car : le 6 est bien un facteur.
Même vigilance pour la somme : additionner les numérateurs entre eux et les dénominateurs entre eux ne donne pas la somme des deux fractions, puisque 21+31 vaut 65 et non 52.
À retenir
1k×bk×a=ba
2(b=0,k=0)
seul un facteur commun au numérateur et au dénominateur se simplifie
21+31=65et non52
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
À retenir
a−n=an1
exposant négatif
an×am=an+m
aman=an−m
(an)m=an×m
(a×b)n=an×bn
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
On déplace la virgule et on compte les rangs franchis :
38500=3,85×104 et 0,00042=4,2×10−4
Une virgule qui recule vers la gauche augmente l'exposant, une virgule qui avance vers la droite le diminue.
À retenir
a×10navec1≤∣a∣<10
la forme imposée, avec un seul chiffre non nul avant la virgule
0,00042=4,2×10−4
l'exposant est négatif quand le nombre est plus petit que un
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
1
Le carré porte sur les deux facteurs :
(2×103)2=22×106=4×106
2
Au numérateur, on ajoute les exposants :
4×106×10−5=4×101
3
On divise
Donc : on soustrait les exposants :
44×101−(−1)=1×102
Exemple
Sur la copie :
A=102=100
À retenir
(a×10n)2=a2×102n
un carré porte à la fois sur le nombre et sur la puissance de dix
4×10−14×101=1×102
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Un exposant négatif ne rend pas le résultat négatif, il donne l'inverse : 2−3=81, qui est positif.
Enfin une puissance ne se distribue pas sur une somme :
(2+3)2=25, et non 22+32=13
À retenir
(−a)2=a2et−a2=−(a2)
les parenthèses décident si le signe moins est élevé à la puissance
(2+3)2=25et non22+32=13
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
double distributivité
ab+ac=a(b+c)
facteur commun
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
fermé
]a;b[:a<x<b
ouvert
[a;+∞[:x≥a
infini ouvert
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Donc :
I∩J=]1;4[
2
Réunion : les deux intervalles se chevauchent
Donc :
I∪J=[−3;7]
3
Chaque borne se décide seule :
4∈/I mais 4∈J
Donc : 4 appartient bien à la réunion.
Si aucun réel n'appartient aux deux, l'intersection est l'ensemble vide∅ et la réunion se laisse écrite I∪J.
À retenir
I∩J=]1;4[
l'intersection retient les réels qui vérifient les deux conditions à la fois
I∪J=[−3;7]
la réunion retient les réels qui vérifient au moins une des deux conditions
I∩J=∅
notation de l'ensemble vide, quand aucun réel ne convient
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
ajouter un même nombre aux deux membres conserve le sens
a≤betc>0⟹ac≤bc
multiplier par un nombre positif conserve le sens
a≤betc<0⟹ac≥bc
multiplier par un nombre négatif renverse le sens
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
2
On divise par −3, qui est négatif
Donc : l'inégalité change de sens :
x≥−2
3
Traduction : borne −2incluse car l'inégalité est large, et +∞ toujours en crochet ouvert.
Exemple
Sur la copie :
S=[−2;+∞[
À retenir
−3x≤6⟺x≥−2
diviser par un nombre négatif renverse le sens de l'inégalité
S=[−2;+∞[
l'ensemble des solutions s'écrit en intervalle, l'infini en crochet ouvert
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
L'arrondi au millième est celle des deux bornes qui est la plus proche, ici 1,414.
Les chiffres significatifs se comptent à partir du premier chiffre non nul :
0,00452 en a trois
Dans un problème, on arrondit le résultat avec autant de chiffres significatifs que la donnée la moins précise, ni plus ni moins.
À retenir
1,414<2<1,415
un encadrement d'amplitude un millième
0,00452: trois chiffres significatifs
les zéros placés en tête ne comptent pas
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
La différence mesure un écart additif (« 3 de plus »), le quotient un écart multiplicatif (« 1,5 fois plus »).
Pour comparer A=97 et B=54 :
A−B=4535−36=−451<0
Donc :
A<B
Exemple
Sur la copie, on écrit la différence réduite, son signe, puis la conclusion.
À retenir
A−B>0⟺A>B
le signe de la différence range les deux nombres
A>0,B>0:BA>1⟺A>B
pour deux nombres positifs, on peut aussi comparer leur quotient à un
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Voir le corrigé
1) Faux :
−7 est négatif
Donc :
−7∈/N
En revanche −7∈Z.
2) Vrai :
315=5 est un entier
Donc :
∈Z
3) Vrai :
si n∈Z
Alors : n=100n est de la forme 10pa : c'est un décimal.
C'est l'inclusion Z⊂D.
4) Vrai : 41=0,25=10025=10225 : c'est un décimal.
5) Faux :
π est irrationnel
Donc :
π∈R mais π∈/Q
Exercice 2
Nature d'un nombre
Pour chaque nombre, donner le plus petit ensemble auquel il appartient parmi N,Z,D,Q,R : −8,3 ; 9 ; 2 ; 31 ; 20144.
Voir le corrigé
• −8,3=10−83 est décimal négatif :
plus petit ensemble D
• 9=3 : c'est un entier naturel, N.
Exercice 3
Calculs de fractions
Écrire sous forme de fraction irréductible : A=356+54÷43 et B=820+143×94.
Voir le corrigé
Pour A, on effectue d'abord la division (prioritaire) :
54÷43=54×34=1516.
Exercice 4
Puissances
1) Écrire sous la forme an : 5457 et 46×(−9)6. 2) Calculer : (−4)2 ; −42 ; 3−43.
Voir le corrigé
1) 5457=57−4=53.
Exercice 5
Développer et factoriser
1) Développer, réduire et ordonner : A=2x+3(5x−2) et B=(−8x+5)(−2x+4). 2) Factoriser : C=(x+1)(x−5)+(2x+3)(x+1).
Déterminer I∩J et I∪J dans les cas : 1) I=[−8;8] et J=[−2;12]. 2) I=]1;8[ et J=[5;9].
Voir le corrigé
1) La zone commune va de −2 (la plus grande borne de gauche, incluse) à 8 (la plus petite borne de droite, incluse) :
I∩J=[−2;8].
La zone totale va de −8 à 12 :
Exercice 7
Équations et inéquations
1) Résoudre dans R : x−3(7x−2)=5−(2−x). 2) Résoudre et donner la solution sous forme d'intervalle : 3(2x−5)>8−(3x+1).
Voir le corrigé
1) x−21x+6=5−2+x, soit −20x+6=3+x.
Exercice 8
Chiffres significatifs et comparaison de deux nombres
1. Le diamètre d'un disque est mesuré à 12,4 cm. Calculer son aire, puis l'arrondir avec un nombre de chiffres significatifs adapté. 2. Comparer A=1713 et B=1310 en étudiant le signe de A−B. 3. Un forfait passe de 25 euros à 30 euros par mois. Décrire cette évolution par une différence, puis par un quotient.
Voir le corrigé
1.
Le rayon vaut 6,2 cm et l'aire π×6,22=38,44π≈120,76 cm2.