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Seconde L · Leçon 1

Calcul dans ℝ

Ce que dit le programme officiel (5 points)
  • Calculs élémentaires sur les fractions et sur les radicaux ; simplifier une expression contenant des radicaux
  • Écritures littérales : égalités remarquables (a + b)(a − b), (a ± b)², (a + b)³, a³ − b³, a³ + b³ ; développer, réduire, factoriser
  • Valeur absolue : résoudre |ax + b| = |cx + d|, |x| ≤ a, |x| ≥ a
  • Intervalles de ℝ
  • Équations et inéquations du premier degré ; systèmes d’inéquations à une inconnue ; traduire des problèmes de la vie courante

Source : Programme de mathématiques, séries L (Sénégal), octobre 2006

Calcul littéral : développement, factorisation, identités remarquables

Identités remarquables \[ (a+b)^2=a^2+2ab+b^2, \quad (a-b)^2=a^2-2ab+b^2, \quad (a-b)(a+b)=a^2-b^2. \]

Les identités du troisième degré ne sont pas au programme.

Remarque propre au programme du Burkina Faso : vérifie ce point dans ton programme.

Théorème — Racine et factorisation (admis)

Soit \(P(x)\) un polynôme et \(a\) un réel. On admet :

\[ P(a)=0 \iff \text{il existe un polynôme } Q(x) \text{ tel que } P(x)=(x-a)Q(x). \]
Méthode — Coefficients indéterminés (exemple du programme)

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Calcul avec les radicaux

La diagonale d'un carré de côté 1 mesure \(\sqrt2\), nombre qui ne s'écrit ni comme un décimal ni comme une fraction. Pour calculer avec de tels nombres sans les remplacer par des valeurs approchées, on garde le symbole \(\sqrt{\phantom{x}}\) et l'on applique quelques règles précises. Bien utilisées, elles permettent de simplifier une écriture, de comparer deux nombres et de remplacer une lettre par une valeur exacte.

Racine carrée d'un réel positif

Soit \(a\) un réel positif ou nul. La racine carrée de \(a\), notée \(\sqrt a\), est l'unique réel positif ou nul dont le carré est \(a\) :

\[\sqrt a\geq 0\qquad\text{et}\qquad(\sqrt a)^2=a.\]

Le symbole \(\sqrt{\phantom{x}}\) s'appelle le radical et le nombre placé dessous le radicande. Un nombre strictement négatif n'a pas de racine carrée.

Racine d'un carré. Pour tout réel \(a\), positif ou négatif,

\[\sqrt{a^2}=|a|.\]

En effet \(|a|\) est positif et son carré est \(a^2\). Ainsi \(\sqrt{(-3)^2}=\sqrt9=3\), et non \(-3\).

Règles de calcul

Pour tous réels \(a\) et \(b\) positifs ou nuls :

  • produit : \(\sqrt{ab}=\sqrt a\times\sqrt b\) ;
  • quotient : si \(b\neq 0\), \(\sqrt{\dfrac ab}=\dfrac{\sqrt a}{\sqrt b}\).

Relation à connaître. Pour tout réel \(a\) et tout réel \(b\geq 0\),

\[\sqrt{a^2\,b}=|a|\,\sqrt b.\]

Elle sert à « sortir » un carré du radical : \(\sqrt{72}=\sqrt{36\times 2}=6\sqrt2\).

Aucune règle pour la somme. En général \(\sqrt{a+b}\neq\sqrt a+\sqrt b\) : par exemple \(\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5\), alors que \(\sqrt9+\sqrt{16}=3+4=7\).

Comparaison. Deux réels positifs sont rangés dans le même ordre que leurs carrés : si \(0\leq x\) et \(0\leq y\), alors \(x\lt y\) équivaut à \(x^2\lt y^2\).

Figure — Construire deux racines carrées sur une droite graduée

La diagonale du carré de côté 1, en or, mesure √2 : reportée au compas sur la droite graduée, elle donne le point d'abscisse √2, voisin de 1,41. La diagonale du rectangle de côtés 2 et 1, en bleu, mesure √5 : elle donne le point d'abscisse √5, voisin de 2,24. Ces longueurs viennent du théorème de Pythagore.

Méthode — Quatre gestes

Simplifier un radical. On cherche le plus grand carré (4, 9, 16, 25, 36…) qui divise le radicande, puis on applique \(\sqrt{a^2\,b}=|a|\sqrt b\).

Réduire une somme. On simplifie d'abord chaque radical ; on regroupe ensuite les termes qui ont le même radicande, comme on regroupe des termes en \(x\) : \(5\sqrt2-6\sqrt2=-\sqrt2\).

Rendre rationnel un dénominateur. Si le dénominateur est \(\sqrt b\), on multiplie le numérateur et le dénominateur par \(\sqrt b\). S'il est de la forme \(\sqrt a-\sqrt b\) ou \(\sqrt a-c\), on multiplie par la quantité conjuguée (\(\sqrt a+\sqrt b\) ou \(\sqrt a+c\)) : l'identité \((u-v)(u+v)=u^2-v^2\) fait disparaître les radicaux.

Comparer deux nombres. On vérifie qu'ils sont positifs, puis on compare leurs carrés. Si l'un est positif et l'autre négatif, la comparaison est immédiate.

Exemple 1 — Simplifier et réduire

Énoncé. a) Écrire \(\sqrt{72}\) sous la forme \(a\sqrt b\), où \(b\) est le plus petit entier possible. b) Réduire \(A=\sqrt{50}-3\sqrt8+\sqrt{18}\). c) Simplifier \(\sqrt{(-3)^2\times 5}\).

Solution : a) \(72=36\times 2\) et \(36=6^2\), donc \(\sqrt{72}=6\sqrt2\).

b) \(\sqrt{50}=\sqrt{25\times 2}=5\sqrt2\) ; \(\sqrt8=\sqrt{4\times 2}=2\sqrt2\) ; \(\sqrt{18}=\sqrt{9\times 2}=3\sqrt2\). Donc \(A=5\sqrt2-3\times 2\sqrt2+3\sqrt2=(5-6+3)\sqrt2=2\sqrt2\).

c) \(\sqrt{(-3)^2\times 5}=|-3|\sqrt5=3\sqrt5\). On vérifie : \((-3)^2\times 5=45\) et \(\sqrt{45}=\sqrt{9\times 5}=3\sqrt5\). Le résultat est positif, comme toute racine carrée.

Exemple 2 — Rendre rationnel un dénominateur

Énoncé. Écrire sans radical au dénominateur : a) \(\dfrac{3}{\sqrt5}\) ; b) \(\dfrac{2}{\sqrt3-1}\) ; c) \(\dfrac{1}{\sqrt7+\sqrt5}\).

Solution : a) \(\dfrac{3}{\sqrt5}=\dfrac{3\times\sqrt5}{\sqrt5\times\sqrt5}=\dfrac{3\sqrt5}{5}\).

b) La quantité conjuguée de \(\sqrt3-1\) est \(\sqrt3+1\), et \((\sqrt3-1)(\sqrt3+1)=3-1=2\). Donc \(\dfrac{2}{\sqrt3-1}=\dfrac{2(\sqrt3+1)}{2}=\sqrt3+1\).

c) \((\sqrt7+\sqrt5)(\sqrt7-\sqrt5)=7-5=2\), donc \(\dfrac{1}{\sqrt7+\sqrt5}=\dfrac{\sqrt7-\sqrt5}{2}\).

Exemple 3 — Comparer, puis substituer

Énoncé. a) Comparer \(3\sqrt2\) et \(2\sqrt5\). b) Calculer la valeur de l'expression \(x^2-2x-1\) pour \(x=1+\sqrt2\).

Solution : a) Les deux nombres sont positifs : on compare leurs carrés. \((3\sqrt2)^2=9\times 2=18\) et \((2\sqrt5)^2=4\times 5=20\). Comme \(18\lt 20\), on a \(3\sqrt2\lt 2\sqrt5\).

b) \(x^2=(1+\sqrt2)^2=1+2\sqrt2+2=3+2\sqrt2\) et \(2x=2+2\sqrt2\). Donc \(x^2-2x-1=3+2\sqrt2-2-2\sqrt2-1=0\). Le nombre \(1+\sqrt2\) est une solution de l'équation \(x^2-2x-1=0\) ; le calcul exact le prouve, alors qu'une valeur approchée ne donnerait qu'un résultat voisin de 0.

Quatre erreurs à éviter

Séparer une somme. \(\sqrt{9+16}\) vaut 5, et non \(3+4\). Les règles ne portent que sur les produits et les quotients.

Oublier la valeur absolue. \(\sqrt{a^2}=|a|\). Pour \(a=\sqrt2-3\), qui est négatif, \(\sqrt{(\sqrt2-3)^2}=3-\sqrt2\), et non \(\sqrt2-3\).

Additionner des radicandes différents. \(\sqrt2+\sqrt3\) ne se réduit pas : ce n'est pas \(\sqrt5\). On ne regroupe que des termes de même radicande.

Oublier le double produit. \((2+\sqrt3)^2=4+4\sqrt3+3=7+4\sqrt3\), et non \(4+3=7\).

Intervalles, valeur absolue et distance

Définition — Valeur absolue

Pour \(x \in \mathbb{R}\), la valeur absolue \(|x|\) vaut \(x\) si \(x \ge 0\) et \(-x\) si \(x < 0\). Sur la droite numérique, \(|x|\) est la distance entre le point d'abscisse \(x\) et l'origine ; plus généralement, \(|b-a|\) est la distance entre les points d'abscisses \(a\) et \(b\).

Méthode — Exprimer \(|ax+b|\) sans le symbole

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Résoudre équations et inéquations avec valeur absolue

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Figure interactive — |x - a| ≤ r

Le point est vert si |x-3| ≤ 5, rouge sinon.

Équations et inéquations du premier degré

Comportement de l'ordre vis-à-vis des opérations

L'ordre est conservé par addition d'un même réel, et par multiplication par un réel strictement positif. Il est inversé par multiplication par un réel strictement négatif. Toute virtuosité technique au-delà de ces règles élémentaires est exclue du programme.

Remarque propre au programme du Burkina Faso : vérifie ce point dans ton programme.

Méthode — Résoudre une inéquation du premier degré

Résoudre \(-2x+5 \le 11\).

\(-2x \le 6\), puis on divise par \(-2\) (négatif : l'inégalité s'inverse) : \(x \ge -3\). Solution : \(x \in [-3\,;+\infty[\).

Exemples gradués

Facile. \(3x-1 > 8 \iff 3x > 9 \iff x > 3\), soit \(x \in\ ]3\,;+\infty[\).

Intervalle. \(x \in [-2\,;5[\) signifie \(-2 \le x < 5\) : borne de gauche incluse, borne de droite exclue.

Figure interactive — Fonction de proportionnalité

La droite \(y=ax\) passe toujours par l'origine, quel que soit \(a\).

Résumé

Résumé — Calcul avec les radicaux
Définition

\(\sqrt a\) est le réel positif de carré \(a\) ; il n'existe que si \(a\geq 0\).

Produit, quotient

\(\sqrt{ab}=\sqrt a\sqrt b\) et \(\sqrt{\dfrac ab}=\dfrac{\sqrt a}{\sqrt b}\) pour des réels positifs.

Sortir un carré

\(\sqrt{a^2\,b}=|a|\sqrt b\) ; en particulier \(\sqrt{a^2}=|a|\).

Pas de règle pour la somme

\(\sqrt{a+b}\) n'est pas \(\sqrt a+\sqrt b\) en général.

Comparer

Deux réels positifs sont rangés comme leurs carrés.

Résumé — Valeur absolue ; encadrement

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Sujet type devoir

Valeur absolue et encadrement — Sujet complet

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Mode hors-ligne — données en cache