Solution Série d'exercices : Calcul dans ℝ 2nd Serie 2
Exercice 1 : Calculer les opérations
On met au même dénominateur :
A=−1+13+14=−1212+412+312=−12+4+312=−512
Réponse : A=−512
2. B=(32−37)×(−13+52)
D’abord les parenthèses :
32−37=21−614=1514- −13+52=−2+156=136
Donc :
B=1514×136=19584
On simplifie (3 divise le numérateur et le dénominateur) :
B=6528
Réponse : B=6528
3. C=(3−23)÷(72+2)
3−23=9−23=73
72+2=7+42=112
Donc :
C=73÷112=73×211=1433
Réponse :C=1433
4. D=5−12⋅5+12
Calcul au dénominateur :
−12⋅5=−52
−52+12=−42=−2
Donc :
D=5−2=−52
Réponse : D=−52
Exercice 2
On commence par simplifier chaque racine :
√12=√4×3=2√3
√75=√25×3=5√3
√27=√9×3=3√3
Donc :
E=3(2√3)−2√3+5(5√3)+3√3=6√3−2√3+25√3+3√3
Additionnons les coefficients :
E=(6−2+25+3)√3=32√3
Réponse : E=32√3
2. F=√112×√567
On utilise : √a×√b=√a×b
F=√112×567
Calculons ce produit :
112×567=(16×7)×(81×7)=16×81×49
Or :
√16=4
√81=9
√49=7
Donc :
F=√16×81×49=4×9×7=252
Réponse : F=252
3. G=5√45+√5+3√20
Simplifions chaque racine :
√45=√9×5=3√5
√20=√4×5=2√5
Donc :
G=5(3√5)+√5+3(2√5)=15√5+√5+6√5
G=(15+1+6)√5=22√5
Réponse : G=22√5v
4. H=2−√52+√5
On rationalise le dénominateur :
H=2−√52+√5×2−√52−√5=(2−√5)2(2+√5)(2−√5)
Calcul du numérateur :
(2−√5)2=4−4√5+5=9−4√5
Calcul du dénominateur :
(2+√5)(2−√5)=4−5=−1
Donc :
H=9−4√5−1=−9+4√5
Réponse : H=−9+4√5
Exercice 3
a. X=3√8+√32−√72−2√128
On simplifie les racines :
√8=√4×2=2√2
√32=√16×2=4√2
√72=√36×2=6√2
√128=√64×2=8√2
Donc :
X=3(2√2)+4√2−6√2−2(8√2)=6√2+4√2−6√2−16√2
X=(6+4−6−16)√2=(−12)√2
Réponse : X=−12√2
b. Y=√20+3√45−7√7+√500
Simplifions :
√20=√4×5=2√5
√45=√9×5=3√5
√500=√100×5=10√5
Donc :
Y=2√5+3(3√5)−7√7+10√5=2√5+9√5+10√5−7√7
Y=(2+9+10)√5−7√7=21√5−7√7
Réponse : Y=21√5−7√7
2. On donne :
m=1−2√3 et p=√13−4√3
a. Montrer que m est négatif
2√3≈2×1.732=3.464
- Donc m≈1−3.464=−2.464
12=1
(2√3)2=(2)2x(√3)2=4x3=12
1<12
Donc
12<(2√3)2
1<2√3
D'ou 1−2√3<0
Donc m est bien négatif.
b. Calculer m2 et en déduire que p=−m
On calcule :
m2=(1−2√3)2=12−2⋅1⋅2√3+(2√3)2=1−4√3+12=13−4√3
Donc :
p=√13−4√3=√m2=|m|=−m(car m est négatif)\
Conclusion : p=−m
Exercice 4
a. A=(√5−√3)2
On utilise : (a−b)2=a2−2ab+b2
A=(√5)2−2√5√3+(√3)2=5−2√15+3=8−2√15
Réponse : A=8−2√15
b. B=(3−√5)(3+√5)
C’est une différence de carrés :
B=32−(√5)2=9−5=4
Réponse : B=4
c. C=(x+2)3
Formule : (a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3
C=x3+3x2(2)+3x(4)+8=x3+6x2+12x+8
Réponse : C=x3+6x2+12x+8
d. D=(x−1)3
Formule : (a−b)3=a3−3a2b+3ab2−b3
D=x3−3x2(1)+3x(1)−1=x3−3x2+3x−1
Réponse : D=x3−3x2+3x−1
2. Factoriser :
a. F=x3+1
Identité : a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)
F=x3+1=(x+1)(x2−x+1)
Réponse : F=(x+1)(x2−x+1)
b. G=x3−2√2
On reconnaît : a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)
b=3√2√2, donc on pose simplement :
G=x3−(2√2)=(x−3√2√2)(x2+x3√2√2+(3√2√2)2)
Réponse : factorisation formelle en racine cubique.
Sinon, on laisse : G=x3−2√2 (non factorisable simplement avec rationnels).
c. H=x3−164
Identité : a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)
a=x, b=14
H=(x−14)(x2+14x+116)
Réponse :
H=(x−14)(x2+14x+116)
Exercice 5
1. Développer, réduire et ordonner :
a. f(x)=(2x−3)3−(3x+1)2(−2x+3)
Développement de (2x−3)3 :
Utilisons la formule :
(a−b)3=a3−3a2b+3ab2−b3
Ici, a=2x, b=3 :
(2x−3)3=8x3−36x2+54x−27
---
Développement de (3x+1)2(−2x+3)
D’abord :
(3x+1)2=9x2+6x+1
Ensuite :
(9x2+6x+1)(−2x+3)
On développe :
9x2(−2x)=−18x3
9x2(3)=27x2
6x(−2x)=−12x2
6x(3)=18x
1(−2x)=−2x
1(3)=3
Total :
−18x3+15x2+16x+3
Donc :
f(x)=(8x3−36x2+54x−27)−(−18x3+15x2+16x+3)
On enlève les parenthèses :
f(x)=8x3−36x2+54x−27+18x3−15x2−16x−3
On réduit :
(8x3+18x3)+(−36x2−15x2)+(54x−16x)+(−27−3)=26x3−51x2+38x−30
Réponse :
f(x)=26x3−51x2+38x−30
b. g(x)=(x+5)3+(x2+3)+(x2+3)(−2x+7)
Développement de (x+5)3 :
=x3+3x2(5)+3x(25)+125=x3+15x2+75x+125
(x2+3)(−2x+7) :
x2(−2x)=−2x3
x2(7)=7x2
3(−2x)=−6x
3(7)=21
Total :
−2x3+7x2−6x+21
Ajoutons tous les termes :
g(x)=(x3+15x2+75x+125)+(x2+3)+(−2x3+7x2−6x+21)
On regroupe :
x3−2x3=−x3
15x2+x2+7x2=23x2
75x−6x=69x
125+3+21=149
Réponse :
g(x)=−x3+23x2+69x+149
2. Factoriser :
a. p(x)=8x3+125
Reconnaissance d'une somme de cubes :
8x3+125=(2x)3+(5)3=(2x+5)(4x2−10x+25)
Réponse :
p(x)=(2x+5)(4x2−10x+25)
b. q(x)=3x3−27
Mettons d’abord 3 en facteur :
q(x)=3(x3−9)=3(x−3√9)(x2+x3√9+3√81)
Réponse (exacte) :
q(x)=3(x3−9)ou avec racines cubiques : 3(x−3√9)(x2+x3√9+3√81)
Exercice 6
a.
a=|(−1−√3)(1+√3)|
Commençons par développer le produit :
(−1−√3)(1+√3)=(−1)(1)+(−1)(√3)+(−√3)(1)+(−√3)(√3)
=−1−√3−√3−3=−1−2√3−3=−4−2√3
Donc :
a=|−4−2√3|
Sachant que −4−2√3<0, sa valeur absolue est l'opposé :
Réponse :
a=4+2√3
b.
b=|2−√52+√5|
Ici, la valeur du numérateur est négative car √5>2, donc 2−√5<0, alors que le dénominateur est positif.
Donc la fraction est négative, et sa valeur absolue est l’opposée :
b=−2−√52+√5=√5−22+√5
Réponse :
b=√5−22+√5
Exercice 7
1. Résoudre dans R les équations suivantes :
a. |2x−4|=−5
Rappel : La valeur absolue d’un réel est toujours positive ou nulle, donc elle ne peut jamais être négative.
Réponse :
Aucune solution, car |2x−4|=−5 est impossible.
b. |x+2|=0
Une valeur absolue est nulle uniquement si le contenu est nul.
x+2=0⇔x=−2
Réponse : x=−2
c. |2x+3|=5
Deux cas à envisager :
2x+3=5ou2x+3=−5
1. 2x+3=5⇔2x=2⇔x=1
2. 2x+3=−5⇔2x=−8⇔x=−4
Réponse : x=1 ou x=−4
d. |x+1|=|3x−1|
Deux cas :
Cas 1 :
x+1=3x−1⇔−2x=−2⇔x=1
Cas 2 :
x+1=−(3x−1)⇔x+1=−3x+1⇔4x=0⇔x=0
Réponse : x=0 ou x=1
Exercice 8
1. Résoudre dans R les équations suivantes :
a. |2x−5|=7
Deux cas :
1. 2x−5=7⇔2x=12⇔x=6
2. 2x−5=−7⇔2x=−2⇔x=−1
Réponse : x=−1 ou x=6
b. |2−3x|=|x−3|
Deux cas :
Cas 1 :
2−3x=x−3⇔−4x=−5⇔x=54
Cas 2 :
2−3x=−(x−3)=−x+3⇔−2x=1⇔x=−12
Réponse : x=54 ou x=−12
c. |5x+3|=−10
Une valeur absolue ne peut pas être négative.
Réponse : Aucune solution
d. (2x−1)(−2x+3)=0
Un produit est nul si l’un des facteurs est nul :
1. 2x−1=0⇔x=12
2. −2x+3=0⇔x=32
Réponse : x=12 ou x=32
e. 2x−52−x=0
Un quotient est nul si le numérateur est nul (et le dénominateur non nul) :
1. 2x−5=0⇔x=52
2. On vérifie que 2−x≠0⇔x≠2, donc OK
Réponse : x=52
2. Résoudre dans R les inéquations suivantes :
f. |5−4x|≤−3
Une valeur absolue est toujours ≥ 0, donc elle ne peut jamais être ≤ -3.
Réponse : Aucune solution
b. |x−5|<3
Cette inéquation signifie que la distance entre x et 5 est strictement inférieure à 3 :
−3<x−5<3⇔2<x<8
Réponse : x∈]2;8[
c. |5x−2|≤0
Une valeur absolue est ≤ 0 uniquement si elle est égale à 0 :
5x−2=0⇔x=25
Réponse : x=25
d. 2x−13≥x5+25
On commence par tout regrouper :
2x−13−x5−25≥0
Regroupons les termes :
(2x−x5)+(−13−25)=(10x−x5)+(−5+615)=9x5−1115
Donc :
9x5−1115≥0⇔9x5≥1115⇔x≥1115×59=55135=1127
Réponse : x≥1127
Exercice 9
1. Donner le système associé aux intervalles suivants :
a. ]1;3[
C’est l’intervalle ouvert entre 1 et 3, ce qui signifie :
Système :
{x>1x<3
b. ]−∞;1]
Intervalle allant jusqu’à 1, inclus :
Système :
x≤1
2. Donner l’intervalle correspondant aux systèmes suivants :
a. {x∈R/x≥0}
Intervalle :
[0 ; +∞[
b. {x∈R/2≤x<7}
Intervalle :
[2 ; 7[
Exercice 10
1.
A=[−1;7]etB=]0;3[
- Intersection : Ce sont les valeurs communes → ]0;3[
- Réunion : On prend tout ce qui est dans A ou B → [−1;7]
Réponse :
- A∩B=]0;3[
- A∪B=[−1;7]
2.
A=]−∞;0]etB=[0;+∞[
- Intersection : La seule valeur commune est 0 → {0}
- Réunion : Ça couvre tout R → ]−∞;+∞[
Réponse :
A∩B={0}
A∪B=R
3.
A=]−2;5]etB=[6;10]
- Intersection : Pas de chevauchement → Ø
- Réunion : On note l’union de deux intervalles disjoints →
]−2;5]∪[6;10]
Réponse :
A∩B=∅
A∪B=]−2;5]∪[6;10]
4.
A=]−∞;1]etB=]1;+∞[
- Intersection : Ils ne se touchent pas (1 n’est dans aucun) → Ø
- Réunion : L’ensemble des réels sauf 1 →
]−∞;1[∪]1;+∞[=R∖{1}
Réponse :
A∩B=∅
A∪B=R∖{1}
Exercice 11
1. La somme d'un nombre et de −3 vaut 5 ; détermine ce nombre.
La situation nous dit que la somme de x (le nombre recherché) et −3 donne 5. Cela se traduit par l’équation :
x−3=5
On résout :
x=5+3⇔x=8
Réponse : Le nombre recherché est x=8.
2. La différence de 4 et un nombre vaut 7, quel est ce nombre ?
La différence entre 4 et x (le nombre recherché) donne 7. Cela se traduit par l’équation :
4−x=7
On résout :
−x=7−4⇔−x=3⇔x=−3
Réponse : Le nombre recherché est x=−3.
3. La somme du double d'un nombre avec 1 est supérieur ou égale à 4.
On dit que la somme du double de x avec 1 est supérieure ou égale à 4. Cela se traduit par l’inéquation :
2x+1≥4
On résout :
2x≥4−1⇔2x≥3⇔x≥32
Réponse : x≥32.
4. La différence du quadruple d'un nombre avec 3 est strictement inférieur à la somme du triple de ce nombre avec 5.
La différence du quadruple de x avec 3 est inférieure à la somme du triple de x avec 5. Cela se traduit par l’inéquation :
4x−3<3x+5
On résout :
4x−3x<5+3⇔x<8
Réponse : x<8.
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