Seconde · Chapitres 1 et 2
Les fiches résument le cours avec des schémas. Les exercices suivent l’esprit du cahier Lucas Maths : quiz, appartenance, plus petit ensemble, puis démonstrations. Chaque correction est cachée : on cherche d’abord, on vérifie ensuite.
Les fiches
1Les 5 ensembles de nombres
Les ensembles s’emboîtent comme des poupées russes : chaque famille est rangée dans la suivante, plus grande.
ℕ ⊂ ℤ ⊂ 𝔻 ⊂ ℚ ⊂ ℝ
Phrase pour retenir l’ordre : « Nous Zappons Des Questions Rarement »
| Symbole | Nom | Ce que c’est | Exemples |
|---|---|---|---|
| ℕ | entiers naturels | entiers positifs (0 compris) | 0 ; 7 ; 1000 |
| ℤ | entiers relatifs | entiers positifs ou négatifs | −6 ; 0 ; 12 |
| 𝔻 | décimaux | nombre fini de chiffres après la virgule ; s’écrit p/10n | −3,1 ; 0,25 |
| ℚ | rationnels | s’écrit en fraction p/q avec p, q entiers, q ≠ 0 | 7/5 ; 1/3 |
| ℝ | réels | tous les points de la droite graduée | π ; √2 |
∈ « appartient à »
Pour un nombre dans un ensemble.5 ∈ ℕ · −2 ∉ ℕ
⊂ « est inclus dans »
Pour un ensemble dans un ensemble.ℕ ⊂ ℤ (jamais « 5 ⊂ ℕ »)
Autre piège : 0 est dans tous les ensembles (0 ∈ ℕ, donc aussi ℤ, 𝔻, ℚ, ℝ).
Méthode : trouver le plus petit ensemble
- Le nombre est-il réel ? (toujours oui en 2de)
- On rentre d’un cran : est-il dans ℚ ? puis dans 𝔻 ? puis ℤ ? puis ℕ ?
- On s’arrête au premier « non ». Le dernier « oui » est la réponse.
Exemple : −12/4 = −3. Réel ✔ · rationnel ✔ · décimal ✔ · entier ✔ · naturel ✘ (négatif). Plus petit ensemble : ℤ.
Toujours simplifier ou calculer le nombre AVANT de chercher son ensemble !
2Décimal ou pas ? Rationnel ou pas ?
Le test du dénominateur
On prend la fraction simplifiée au maximum, puis on regarde le dénominateur :
Que des 2 et des 5 → décimal
car 10 = 2 × 5, on peut compléter jusqu’à 10, 100, 1000…Un autre facteur (3, 7, 11…) → pas décimal
mais quand même rationnel.Démonstration à savoir : 1/3 n’est pas décimal
C’est un raisonnement par l’absurde : on suppose le contraire et on tombe sur quelque chose d’impossible.
- Supposons que 1/3 ∈ 𝔻. Alors il existe p ∈ ℤ et n ∈ ℕ tels que 13 = p10n.
- Produit en croix : 10n = 3p. Donc 3 divise 10n.
- Or 10n = 2n × 5n : ses seuls facteurs premiers sont 2 et 5. Le 3 ne peut pas le diviser.
- Contradiction, donc l’hypothèse est fausse : 1/3 ∉ 𝔻.
Irrationnels
Un nombre est irrationnel s’il est réel mais ne s’écrit pas en fraction : π, √2, √3, √5… Il en existe des négatifs aussi : −√2.
3Racine carrée
√a est le nombre positif qui, mis au carré, donne a. Il n’existe que si a ≥ 0.
Carrés parfaits → entier
√4 = 2 · √9 = 3 · √16 = 4 · √25 = 5Donc √4 ∈ ℕ (et donc rationnel !)
√(nombre premier) → irrationnel
√2, √3, √5, √7, √11, √29… ∉ ℚ| Règle | Exemple |
|---|---|
| √a × √b = √(a×b) | √2 × √8 = √16 = 4 |
| (√a)² = a | (√7)² = 7 |
| √(a²) = |a| | √((−3)²) = √9 = 3 |
| √(a+b) ≠ √a + √b | √(9+16) = 5 mais √9+√16 = 7 |
√(a+b) ≤ √a + √b : on ne « coupe » jamais une racine sur un +
4Pair, impair : la recette
Un nombre pair, c’est un nombre qu’on peut ranger par paires. Un impair, c’est des paires plus un tout seul.
Montrer que c’est PAIR
On l’écrit sous la forme 2 × (un entier).Montrer que c’est IMPAIR
On l’écrit sous la forme 2 × (un entier) + 1.Exemple :
Astuce : si le nombre seul est impair (11, 7, −5…), on le découpe en « pair + 1 »
Les règles du jeu
| pair | impair | |
|---|---|---|
| pair + | pair | impair |
| impair + | impair | pair |
| pair × | pair | pair |
| impair × | pair | impair |
Deux entiers qui se suivent (n et n+1) : l’un des deux est pair, donc n(n+1) est toujours pair.
La disjonction de cas
Quand on ne sait pas si n est pair ou impair, on traite les deux cas l’un après l’autre :
Cas 1 : n pair
on remplace n par 2kCas 2 : n impair
on remplace n par 2k + 1(2k + 1)² = (2k)² + 2 × 2k × 1 + 1² = 4k² + 4k + 1
Rappel : (a + b)² = a² + 2ab + b²
Exemple guidé (celui du cahier, terminé) : montrer que 5n² + 3n est pair.
5Multiples et diviseurs
b divise a (on écrit b | a) s’il existe un entier k tel que a = k × b. On dit aussi que a est un multiple de b.
Pour montrer que 7 divise un nombre : on le factorise par 7 !
Somme
Si a | b et a | c, alors a | b + c.(b = ka et c = la, donc b+c = (k+l)a)
Cas particuliers
1 divise tous les entiers. Tout entier divise 0 (0 = 0 × a).Premiers entre eux
Leur seul diviseur commun (positif) est 1. Ex : 8 et 15.Fraction irréductible
p/q avec p et q premiers entre eux. Ex : 12/18 = 2/3.Démontrer qu’un produit ou une somme de rationnels est rationnel
On écrit a = p/q et b = r/s (entiers, q et s non nuls), on calcule, et on vérifie que le résultat est encore « entier sur entier non nul ».
6Les intervalles
Un intervalle, c’est un morceau de la droite des réels. Le sens du crochet dit si la borne est dedans ou pas.
Crochet tourné VERS le nombre [ ]
la borne est comprise (≤ ou ≥)Crochet qui lui TOURNE LE DOS ] [
la borne est exclue (< ou >)Avec l’infini (+∞ ou −∞), le crochet est TOUJOURS ouvert : on ne l’atteint jamais.
| Inégalité | Intervalle | Dessin |
|---|---|---|
| 2 ≤ x ≤ 5 | [2 ; 5] | |
| 2 < x < 5 | ]2 ; 5[ | |
| 2 ≤ x < 5 | [2 ; 5[ | |
| x ≥ 2 | [2 ; +∞[ | |
| x < 5 | ]−∞ ; 5[ |
Traduire les phrases
| Phrase | Intervalle |
|---|---|
| x est positif | [0 ; +∞[ |
| x est négatif | ]−∞ ; 0] |
| x est strictement positif | ]0 ; +∞[ |
| x est une note sur 20 | [0 ; 20] |
| tous les réels | ℝ = ]−∞ ; +∞[ |
Résoudre une inéquation, puis donner l’intervalle
On isole x comme dans une équation :
−2x > 6 ⇔ x < −3
Ensembles particuliers, ∩ et ∪
[a ; a] = {a}
un seul nombre. ]a ; a[ ne contient rien : c’est l’ensemble vide ∅.∩ « inter » = ET
ce qui est dans les deux à la fois (la partie commune).∪ « union » = OU
ce qui est dans l’un, l’autre ou les deux (on recolle).7Valeur absolue = une distance
|x| c’est le nombre « sans son signe » : |5| = 5, |−40| = 40. C’est toujours positif ou nul.
Le vrai sens : |x − a| est la distance entre x et a sur la droite.
- Repérer le centre a (attention : |x + 3| = |x − (−3)|, le centre est −3).
- Repérer le rayon r (le nombre de droite).
- |x − a| ≤ r ⇔ x ∈ [a − r ; a + r]. Avec <, les crochets sont ouverts.
8Arc de cercle et encadrement
Un angle de 120°, c’est 120/360 = 1/3 du tour complet. Donc l’arc fait 1/3 du périmètre et le secteur 1/3 de l’aire du disque.
Encadrer : si 7 < R < 12, on applique le même calcul aux deux bornes (tout est positif, l’ordre ne change pas) :
Les exercices
Du plus facile au plus difficile. Faire l’exercice sur une feuille, puis ouvrir la correction.
1 Le Quiz Échauffement
Clique sur la bonne réponse.
1. Le plus petit ensemble qui contient √9 est :
2. L’ensemble 𝔻 est inclus dans :
3. Le nombre 1/6 est :
4. −1 < x ≤ 4 s’écrit :
5. Lequel est toujours pair (n entier) ?
2 Appartenance à un ensemble Facile
Compléter par ∈ ou ∉.
- −7 … ℕ
- 3,25 … 𝔻
- 2/3 … 𝔻
- √9 … ℕ
- π … ℚ
- −12/4 … ℤ
- 1/8 … 𝔻
- √7 … ℚ
Voir la correction
3 Plus petit ensemble Facile
Déterminer le plus petit ensemble de nombres auquel appartient chaque nombre.
- 25/5
- −0,4
- 5/6
- √16 − 10
- √50
- 7/20
- (√3)²
- −1/7
Calcule ou simplifie d’abord, puis descends les poupées russes !
Voir la correction
4 Vrai ou faux Facile
- Tout entier naturel est un nombre décimal.
- Tout nombre rationnel est un nombre décimal.
- 0 ∈ ℕ.
- √2 × √2 est un nombre irrationnel.
- La somme de deux nombres pairs est paire.
- Le produit d’un nombre pair et d’un nombre impair est impair.
- L’ensemble ℤ contient une infinité de nombres.
Voir la correction
5 Décimal sans calculatrice Moyen
a) Écrire sous la forme p/10n : 3/4 ; 7/25 ; 9/20.
b) Sans poser de division, dire si ces fractions sont décimales : 5/8 ; 4/15 ; 6/15 ; 7/12.
Voir la correction
b) 5/8 : 8 = 2×2×2 → décimal (0,625) · 4/15 : 15 = 3×5, irréductible → pas décimal · 6/15 = 2/5 → décimal (0,4), le piège ! · 7/12 : 12 = 2×2×3 → pas décimal
6 Pair ou impair ? Moyen
n et m sont des entiers relatifs. Étudier la parité de :
A = 6n + 10 B = 4n + 7 C = 8n − 3 D = 10n + 2m + 5 E = 2(n + 3) + 4
Voir la correction
B = 4n + 6 + 1 = 2(2n + 3) + 1 → impair
C = 8n − 4 + 1 = 2(4n − 2) + 1 → impair (on écrit −3 = −4 + 1)
D = 10n + 2m + 4 + 1 = 2(5n + m + 2) + 1 → impair
E = 2n + 6 + 4 = 2(n + 5) → pair
7 Divisibilité Moyen
- Montrer que 3 divise 12n + 21.
- On pose A = 7n + 3 et B = 8n + 12. Montrer que 5 | A + B.
- Montrer que la somme de deux nombres impairs est paire.
Voir la correction
2. A + B = 15n + 15 = 5(3n + 3), donc 5 | A + B.
3. Soit a = 2k + 1 et b = 2l + 1 (k, l entiers). a + b = 2k + 2l + 2 = 2(k + l + 1) → pair.
Prends deux lettres différentes (k et l) : les deux impairs ne sont pas forcément égaux !
8 Disjonction de cas Difficile
Montrer que, pour tout entier n, le nombre n² + 3n est pair.
Cas 1 : n = 2k. Cas 2 : n = 2k + 1, et pense à l’identité remarquable.
Voir la correction
Cas 2, n = 2k + 1 : (2k+1)² + 3(2k+1) = 4k² + 4k + 1 + 6k + 3 = 4k² + 10k + 4 = 2(2k² + 5k + 2) → pair.
Dans tous les cas, n² + 3n est pair.
9 Rationnels Difficile
Soit a et b deux nombres rationnels. Démontrer que a + b ∈ ℚ.
Voir la correction
a + b = ps + rqqs (même dénominateur).
ps + rq est un entier et qs est un entier non nul (produit de deux non nuls), donc a + b ∈ ℚ.
10 Intervalles Moyen
a) Écrire sous forme d’intervalle :
- −3 ≤ x < 5
- x > 2
- x ≤ −1
- x est positif
- 0 < x < 1
b) Écrire l’inégalité correspondant à ]−2 ; 7].
c) Résoudre puis donner l’intervalle des solutions :
- 3x + 2 ≤ 11
- 4x − 1 > 2x + 9
- −5 ≤ 2x + 1 < 9
- −3x < 12
Voir la correction
b) −2 < x ≤ 7
c) 1. 3x ≤ 9 ⇔ x ≤ 3 → ]−∞ ; 3]
2. 2x > 10 ⇔ x > 5 → ]5 ; +∞[
3. −6 ≤ 2x < 8 ⇔ −3 ≤ x < 4 → [−3 ; 4[
4. On divise par −3 (négatif) donc on retourne : x > −4 → ]−4 ; +∞[
11 Valeur absolue Moyen
Écrire l’ensemble des x sous forme d’intervalle :
- |x| ≤ 6
- |x − 3| ≤ 2
- |x + 1| < 4
- |x − 10| < 0,5
Bonus : trouver a et r tels que [2 ; 10] corresponde à |x − a| ≤ r.
Voir la correction
2. centre 3, rayon 2 → [1 ; 5]
3. |x − (−1)| < 4 : centre −1, rayon 4 → ]−5 ; 3[
4. centre 10, rayon 0,5 → ]9,5 ; 10,5[
Bonus : le centre est le milieu (2 + 10)/2 = 6, le rayon est 10 − 6 = 4 → |x − 6| ≤ 4.
12 Inter et union Moyen
On donne I = [−4 ; 3[ et J = [1 ; 6]. Donner I ∩ J et I ∪ J. Faire un dessin sur une droite.
Voir la correction
13 Arc de cercle Difficile
Un cercle a un rayon R ∈ [3 ; 5]. Deux points A et B sur le cercle forment un angle AOB de 90°.
- Quelle fraction du cercle représente l’arc AB ?
- Donner l’intervalle auquel appartient la longueur x de l’arc.
- Bonus : même question pour l’aire du secteur.
Voir la correction
2. x = 2πR/4 = πR/2. Avec 3 ≤ R ≤ 5 : 3π/2 ≤ x ≤ 5π/2, donc x ∈ [3π/2 ; 5π/2].
3. Aire = πR²/4. 9 ≤ R² ≤ 25 donc aire ∈ [9π/4 ; 25π/4].
Le sujet blanc corrigé
À faire d’abord en conditions réelles, sans regarder. Puis ouvrir chaque correction.
1 Arithmétique
Correction
2. 9p − 7p − 7 + 8n + 8 = 2p + 8n + 1 = 2(p + 4n) + 1 → impair.
3. Attention, l’énoncé semble contenir une coquille. Avec n = 1 et p = 0 : 1 + 0 + 2 = 3, qui est impair. L’énoncé voulu est sans doute n² + p² + p + n :
= n(n + 1) + p(p + 1), somme de deux produits d’entiers consécutifs, chacun pair → pair.
Bon réflexe : tester avec de petits nombres avant de démontrer.
2 Vrai ou faux
Correction
2. Vrai : √4 = 2 = 2/1.
3. Faux : −√2 est irrationnel et négatif.
4. Faux : il y en a une infinité.
5. Faux : les chiffres sont 0 à 9, ℕ contient tous les entiers positifs.
6. Vrai : l’inverse de 2 est 0,5.
7. Vrai.
3 Question de cours : 1/3 n’est pas décimal
Correction
4 Rationnels
Correction
2. c = p/q. 2c² + 4c − 5 = 2p²q² + 4pqq² − 5q²q² = 2p² + 4pq − 5q²q² → rationnel.
(Autre façon : avec la question 1 et l’exercice 9, produits et sommes de rationnels restent rationnels.)
5 Intervalles
Correction
6 Arc de cercle
Correction
Si on fait le grand tour (240°), x = 4πR/3 ∈ ]28π/3 ; 16π[. Le petit arc est la réponse attendue.
Bonus : aire = πR²/3 et 49 < R² < 144, donc aire ∈ ]49π/3 ; 48π[.