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CYCLE D'ORIENTATION DE L'ENSEIGNEMENT SECONDAIRE
MATHÉMATIQUES
9 ES, L, M, GnivA - NA
DÉPARTEMENT DE L'INSTRUCTION PUBLIQUE
GENÈVE 1995
11.038.48
2TABLE DES MATIÈRES3
Table des matières
1 Les ensembles de nombres 9
Théorie9
1.1 Lesensemblesdenombres............................... 9
1.1.1 L"ENSEMBLEN................................ 9
1.1.2 DENVERSVZ................................ 10
1.1.3 DEZVERSQ................................. 10
1.1.4 DEQVERSR................................. 11
1.1.5 RÉSUMÉ DES PROPRIÉTÉS DES OPÉRATIONS DANSR........ 12
1.2 LESPUISSANCES................................... 12
1.2.1 RAPPEL DE 8
e :PUISSANCESD"EXPOSANTPOSITIF.......... 121.2.2 PROPRIÉTÉS DES PUISSANCES D"EXPOSANT POSITIF ........ 13
1.2.3 PUISSANCESD"EXPOSANTNÉGATIFOUNUL ............. 15
1.2.4 LESPUISSANCESDE10........................... 16
1.3 RACINESCARRÉESETRACINESCUBIQUES................... 17
1.3.1 RAPPEL DE 8
e :RACINESCARRÉES.................... 171.3.2 RACINESCUBIQUES............................. 17
1.3.3 RÈGLESDECALCUL ............................ 17
Exercices écrits 19
Exercices récapitulatifs 34
2 Calcul littéral 37
Théorie37
2.1 RAPPEL DE 8
e : DÉVELOPPER UN PRODUIT . . . . ............... 372.2 LESSIMPLIFICATIONSD"ÉCRITURE ....................... 37
2.3 MONÔMES ET POLYNÔMES . . .......................... 38
2.3.1 LES MONÔMES................................ 38
2.3.2 OPÉRATIONS AVEC DES MONÔMES . . . . ............... 39
2.3.3 LES POLYNÔMES . . . . .......................... 41
2.3.4 OPÉRATIONS AVEC DES POLYNÔMES . . . ............... 41
2.4 LESIDENTITÉSREMARQUABLES......................... 45
2.5 LAFACTORISATION................................. 47
2.6 LES FRACTIONS RATIONNELLES......................... 48
2.6.1 SIMPLIFICATION DE FRACTIONS RATIONNELLES . . . ........ 48
2.6.2 MULTIPLICATION DE FRACTIONS RATIONNELLES . . ........ 49
2.6.3 DIVISION DE FRACTIONS RATIONNELLES ............... 49
4TABLE DES MATIÈRES
2.7 LES FRACTIONS RATIONNELLES (Section S - NA) . ............... 50
2.7.1 FRACTIONS RATIONNELLES ÉGALES . . . ............... 50
2.7.2 DÉNOMINATEURSCOMMUNS....................... 50
2.7.3 ADDITION ET SOUSTRACTION DE FRACTIONS RATIONNELLES . . 51
Exercices écrits 54
Exercices récapitulatifs 88
Exercices pour les scientifiques 91
Exercices de développement 94
3 Les applications 103
Théorie103
3.1 RAPPELSETNOTATIONS .............................. 103
3.1.1 LEREPÉRAGED"UNPOINT ........................ 103
3.2 UN EXEMPLE: UNE APPLICATION ET SA REPRÉSENTATION GRAPHIQUE . 104
3.3 LADROITE ...................................... 106
3.3.1 L"ÉQUATIOND"UNEDROITE........................ 106
3.3.2 LAPENTED"UNEDROITE ......................... 107
3.3.3 L"ORDONNÉE À L"ORIGINE . . ...................... 110
3.4 LESAPPLICATIONSAFFINES............................ 111
3.5 EXERCICESRÉSOLUS................................ 112
Exercices écrits 115
Exercices de développement 122
4 Les équations 125
Théorie125
4.1 INTRODUCTION . . ................................. 125
4.2 LESÉQUATIONS ................................... 125
4.3 LESSOLUTIONSD"UNEÉQUATION........................ 126
4.4 L"ÉQUATION DU 1
er DEGRÉ À UNE INCONNUE . . ............... 1274.4.1 DEUX PROPRIÉTÉS DES ÉQUATIONS . . . . ............... 127
4.4.2 ÉQUATIONSÉQUIVALENTES........................ 127
4.4.3 LA RÉSOLUTION D"UNE ÉQUATION DU 1
erDEGRÉ .......... 127
4.4.4 DEUX ÉQUATIONS PARTICULIÈRES DU 1
erDEGRÉ .......... 130
4.4.5 ÉQUATIONSPARTICULIÈRESDEDEGRÉSUPÉRIEURÀ1....... 130
4.5 LAMISEENÉQUATIOND"UNPROBLÈME.................... 132
4.6 LATRANSFORMATIOND"UNEFORMULE.................... 133
4.7 LES ÉQUATIONS LITTÉRALES (Section S - NA) . . . ............... 134
4.7.1 EXEMPLES DE RÉSOLUTION D"ÉQUATIONS LITTÉRALES . . . . . . 134
4.7.2 DISCUSSION DES SOLUTIONS D"UNE ÉQUATION LITTÉRALE DU 1
erDEGRÉ135
Exercices écrits 137
Exercices écrits (section S) 162
TABLE DES MATIÈRES5
Exercice de développement 166
5 Les systèmes d"équations du 1
er degré 173Théorie173
5.1 L"ÉQUATION DU 1
er DEGRÉ À 2 INCONNUES . . . ............... 1735.2 LES SYSTÈMES D"ÉQUATION DU 1
erDEGRÉ À 2 INCONNUES ........ 174
5.2.1 RÉSOLUTIONGRAPHIQUE......................... 175
5.2.2 RÉSOLUTIONALGÉBRIQUE........................ 176
5.2.3 DEUXEXEMPLES .............................. 177
5.3 LA FORME GÉNÉRALE D"UN SYSTÈME DE 2 ÉQUATIONS DU 1
erDEGRÉ À 2 INCONNUES1
5.4 LAMISEENÉQUATIONSD"UNPROBLÈME ................... 180
5.5 LES SYSTÈMES D"ÉQUATIONS DU 1
er DEGRÉ À PLUS DE 2 INCONNUES (Section S - NA)181Exercices écrits 184
Exercices écrits (Section S-NA) 191
Exercices de développements 196
6 Rapports et proportions 199
Théorie199
6.1 RAPPORTSETPROPORTIONS ........................... 199
6.1.1 LERAPPORTDEDEUXNOMBRES .................... 199
6.1.2 LE RAPPORT DE DEUX GRANDEURS DE MÊME NATURE....... 199
6.2 PROPORTIONS .................................... 200
6.3 GRANDEURS DIRECTEMENT PROPORTIONNELLES.............. 201
6.3.1 RAPPEL DE 8
e :LEFACTEURDEPROPORTIONNALITÉ ........ 2016.3.2 PROPORTIONNALITÉETAPPLICATIONSLINÉAIRES ......... 203
6.4 GRANDEURS INVERSEMENT PROPORTIONNELLES.............. 204
6.5 RAPPEL DE 8
e : EXEMPLES DE GRANDEURS PROPORTIONNELLES . . . . . 2056.5.1 LETAUXD"INTÉRÊT ............................ 205
6.5.2 LAPENTED"UNEROUTE.......................... 205
6.5.3 L"ÉCHELLE D"UNE CARTE OU D"UN PLAN ............... 205
6.5.4 LA LONGUEUR D"UN ARC DE CERCLE, L"AIRE D"UN SECTEUR . . . 206
Exercices écrits 208
Exercices de développements 216
7 Les inéquations du 1
er degré à une inconnue 219Théorie219
7.1 INTRODUCTION . . ................................. 219
7.2 LESSIGNESD"INÉGALITÉ ............................. 219
7.3 LES INÉQUATIONS du 1
erDEGRÉ À UNE INCONNUE.............. 220
7.4 LES PROPRIÉTÉS DES INÉGALITÉS . . ...................... 221
7.5 LA RÉSOLUTION D"UNE INÉQUATION DU 1
erDEGRÉ À UNE INCONNUE . . 222
7.6 DEUXINÉQUATIONSPARTICULIÈRES ...................... 223
7.7 LES SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À UNE INCONNUE.............. 223
6TABLE DES MATIÈRES
7.8 LES DEMI-DROITES ET LES INTERVALLES . . . . . ............... 224
Exercices écrits 227
Exercices de développements 236
8 Le théorème de Pythagore 237
Théorie237
8.1 INTRODUCTION . . ................................. 237
8.2 L"ÉNONCÉ DU THÉORÈME DE PYTHAGORE| . . . ............... 238
8.3 FORMULATION GÉOMÉTRIQUE DU THÉORÈME DE PYTHAGORE . . . . . . 238
8.4 EXEMPLESNUMÉRIQUES ............................. 239
8.5 UNEDÉMONSTRATIONDUTHÉORÈMEDEPYTHAGORE........... 240
8.6 LARÉCIPROQUEDUTHÉORÈMEDEPYTHAGORE............... 241
Exercices écrits 242
Exercices de développements 248
9Lesvolumes251
Théorie251
9.1 LESUNITÉSDEMESURE .............................. 251
9.2 FORMULAIRE..................................... 253
9.2.1 LONGUEURS ET AIRES . .......................... 253
9.2.2 VOLUMES................................... 254
9.3 LAPYRAMIDEETLECÔNE ............................ 255
9.3.1 PYRAMIDERÉGULIÈREETCÔNEDROIT ................ 255
9.3.2 VOLUMEDELAPYRAMIDEETVOLUMEDUCÔNE.......... 256
9.4 LASPHÈRE ...................................... 257
Exercices écrits 259
Exercices de développements 264
10 Les applications du plan dans lui-même 267
Théorie267
10.1LESROTATIONS.................................... 267
10.1.1UNEXEMPLE................................. 267
10.1.2GÉNÉRALISATION.............................. 268
10.1.3 PROPRIÉTÉS DES ROTATIONS . ...................... 268
10.2LESHOMOTHÉTIES ................................. 269
10.2.1UNEXEMPLE................................. 269
10.2.2GÉNÉRALISATION.............................. 270
10.2.3 HOMOTHÉTIE: AGRANDISSEMENT OU RÉDUCTION . ........ 270
10.2.4 PROPRIÉTÉS DES HOMOTHÉTIES..................... 271
10.3 TABLEAU RÉCAPITULATIF DES APPLICATIONS DU PLAN DANS LUI-MÊME 273
Exercices écrits 274
TABLE DES MATIÈRES7
11 Le théorème de Thalès 285
Théorie285
11.1LESANGLES(Rappel) ................................ 285
11.2LETHÉORÈMEDETHALÈS............................. 287
11.2.1 LE THÉORÈME DE THALÈS DANS LE TRIANGLE . . . . ........ 287
11.2.2UNECONSÉQUENCEDUTHÉORÈMEDETHALÈS........... 288
11.2.3 LE THÉORÈME DE THALÈS: UNE AUTRE FORMULATION . . . . . . 289
11.3TRIANGLESSEMBLABLES............................. 290
11.3.1SOMMETSCORRESPONDANTS ...................... 290
11.3.2ANGLESCORRESPONDANTS ....................... 290
11.3.3CÔTÉSCORRESPONDANTS ........................ 291
11.3.4TRIANGLESSEMBLABLES......................... 291
11.4 RÉSOLUTION D"UN PROBLÈME À L"AIDE DE TRIANGLES SEMBLABLES . 293
Exercices écrits 295
Exercices de développement 309
12 Le cercle313
Théorie313
12.1QUELQUESDÉFINITIONS.............................. 313
12.2 LE THÉORÈME DE L"ANGLE INSCRIT . ...................... 315
12.3 CONSÉQUENCE DU THÉORÈME DE L"ANGLE INSCRIT . . . . ........ 317
12.4 LE THÉORÈME DE L"ANGLE DROIT . . ...................... 318
Exercices écrits 319
8TABLE DES MATIÈRES
9Chapitre 1
Les ensembles de nombres
Théorie
1.1 Les ensembles de nombres
1.1.1 L"ENSEMBLEN
Comme dans le manuel de 8
e , nous utiliserons les notations: N={0;1;2;3;4;5;...}(Nest appelé l"ensemble des entiers naturels, ou encore l"en- semble des nombres naturels) N ={1;2;3;4;5;...}(Nest appelé l"ensemble des entiers positifs, ou encore l"en- semble des nombres naturels positifs). Chaque fois qu"on additionne deux entiers naturels, leur somme est un entier naturel. Par exemple, 7?N 9?N7+9=16 et 16?N.
Mais si on soustrait un entier naturel d"un autre, leurdifférence n"est pas forcément un entier naturel.
Par exemple,
7?N 9?N mais 7-9=-2et-2??N.10CHAPITRE 1. LES ENSEMBLES DE NOMBRES
1.1.2 DENVERSVZ
L"exemple qu"on vient de voir ( 7-9=-2) montre que la soustraction n"est pas toujours possible dansN. On"étend»alorsNà l"ensemble desentiers relatifs, qu"on désigne parZ:Z={...;-2;-1;0;+1;+2;+3;...}.
On a alors:N
?N?Z. La somme, le produit, la différence de deux entiers relatifs est encore un entier relatif.Mais si on divise un entier relatif par un autre, leur quotient n"est pas forcément un entier relatif. Par
exemple, -3?Z +4?Z mais(-3):(+4)=-0,75 et-0,75??Z.1.1.3 DEZVERSQ
L"exemple(-3):(+4)=-0,75 montre que la division n"est pas toujours possible dansZ. On"étend»alorsZà l"ensemble desnombres rationnels, qu"on désigne parQ. Unnombre rationnelest le quotient de deux entiers. On peut l"écrire sous la forme d"une fractiona b(avecaetbentiers etb?=0). On peut aussi écrire un nombre rationnel en base 10.Lorsqu"on écrit un nombre rationnel en base 10, son écriture est finie, ou illimitée et périodique.
Et tout nombre dont l"écriture en base 10 est finie,ou illimitée et périodique est un nombre rationnel
(c"est-à-dire qu"il peut aussi s"écrire sous la forme d"une fraction). Voici quelques exemples de nombres avec une écriture finie en base 10: 0,3=3100,6=610=350,5=510=120,75=75100=34
(Rappel:Un nombre qui a une écriture finie en base 10 s"appelle unnombre décimal.) Et voici quelques exemples de nombres avec une écriture illimitée et périodique en base 10: 0, 3=1 30,6=2 30,1
6=1 60,
36=4
11 (en surlignant des chiffres, on indique qu"ils se répètentindéfiniment).
Exercices 1 à 6
Remarques
1) On a:N?Z?Q.
1.1. LES ENSEMBLES DE NOMBRES11
2) Dans la vie courante, une écriture comme 5
14représente
5+14=204+14=214.
Cette écriture explicite le plus grand entier contenu dans une fraction. Cette écriture n"est pas employée en mathématiques.1.1.4 DEQVERSR
Il existe des nombres qui ne sont pas rationnels, c"est-à-dire qui ne peuvent pas s"écrire sous la forme
d"une fractiona bavecaetbentiers,etb?=0. Ce sont les nombres dont l"écriture en base 10 est illimitée et non périodique. Par exemple, on démontre en mathématiques que les écritures en base 10 deππ=3,14159265...
de2⎷2=1,414213...
de 3 7? 37=0,65465367...
sont illimitées et non périodiques. Doncπ,⎷2,?
37ne sont pas des nombres rationnels.
On étend alorsQà l"ensemble desnombres réels, qu"on désigne parR. Rest l"ensemble de tous les nombres qui peuvent s"écrire en base 10.Exercices 7 à 10
Remarques
1) On a:N?Z?Q?R.
2) L"ensemble des nombres réels peut être représenté par l"ensemble des points d"une droite
orientée, sur laquelle on a choisi un point origine " 0 » et un point unité " 1 ». -⎷20+1⎷212CHAPITRE 1. LES ENSEMBLES DE NOMBRES
1.1.5 RÉSUMÉ DES PROPRIÉTÉS DES OPÉRATIONS DANSR
PROPRIÉTÉSADDITIONMULTIPLICATION
SOUS-TRACTION
DIVISION
OPÉRATION INTERNEpour tous réelsa,b
a+b?Ra·b?Ra-b?R a:b?Rsib?=0COMMUTATIVITÉpour tous réelsa,b,c
a+b=b+aa·b=b·a--ASSOCIATIVITÉpour tous réelsa,b,c
ÉLÉMENT OPPOSÉpour tout réela
a+(-a)=(-a)+a=0---ÉLÉMENT INVERSEpour tout réela?=0
-a·1 a=1a·a=1 pour tout réel aa+0=0+a=aa·1=1·a=a-- pour tout réel a-a·0=0·a=0-- En plus, pour tous nombres réels a, b, c on a la propriété de distributivité: a·(b+c)=a·b+a·c et a·(b-c)=a·b-a·cATTENTIONOn ne divise pas par 0. Par exemple,5
0n"est pas défini.
Exercices 11 à 22
1.2 LES PUISSANCES
1.2.1 RAPPEL DE 8
e : PUISSANCES D"EXPOSANT POSITIF Une puissance est un produit dont tous les facteurs sont égaux.Par exemple,
23·23·23·23est le produit de 4 facteurs, tous égaux à23.
La notation " puissance » permet d"écrire plus brièvement ce produit: on note 23·23·23·23=?23?
4 ce qui se lit: " deux tiers à la puissance quatre » ou plus simplement: " deuxtiers puissance quatre ».1.2. LES PUISSANCES13
D"une manière générale, siaest un nombre quelconque et sinest un entier, avecn>0, on note: a·a·a·...·a? nfacteurs =a nOn appellea
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