2nde ∼ Devoir commun décembre ∼ Sujet 0 Exercice 1 Compléter le tableau ci-dessous en cochant les cases nécessaires pour indiquer que le nombre appartient à l'ensemble, comme dans l'exemple de la première ligne :
N\mathbb{N} Z\mathbb{Z} D\mathbb{D} Q\mathbb{Q} R\mathbb{R}
17\dfrac{1}{7}
2,9-2,9
2π\dfrac{2}{\pi}
5127\dfrac{51}{27}
81-\sqrt{81}
328\dfrac{\sqrt{32}}{\sqrt{8}}
3×815-3\times\dfrac{8}{15}
Correction
N\mathbb{N} Z\mathbb{Z} D\mathbb{D} Q\mathbb{Q} R\mathbb{R}
17\dfrac{1}{7}
2,9-2,9
2π\dfrac{2}{\pi}
5127\dfrac{51}{27}
81-\sqrt{81}
328\dfrac{\sqrt{32}}{\sqrt{8}}
3×815-3\times\dfrac{8}{15}
On rappelle que NZDQR\mathbb{N}\subset\mathbb{Z}\subset\mathbb{D}\subset\mathbb{Q}\subset\mathbb{R}.
Ainsi, dès qu'on coche une colonne, le nombre considérée appartient aux suivantes dans le tableau.
  • 2,9=2910-2,9=\dfrac{-29}{10} est un nombre décimal.
  • π\pi est un nombre irrationnel et donc 2π\dfrac{2}{\pi} aussi.
  • 5127=179\dfrac{51}{27}=\dfrac{17}{9} est une fraction irréductible possèdant une infinité de chiffres dans son écriture décimale. Ainsi c'est un nombre rationnel.
  • 81=9-\sqrt{81}=-9 est un entier relatif.
  • 328=2\dfrac{\sqrt{32}}{\sqrt{8}}=2 (à la calculatrice) est un entier naturel.
  • 3×815=85-3\times\dfrac{8}{15}=-\dfrac{8}{5} == 1,6-1,6 est un décimal.
Exercice 2 Soit ff la fonction affine définie pour tout nombre xx réel par f(x)=13x+2f(x)=-\dfrac{1}{3} x+2.
Soit gg la fonction affine qui vérifie g(3)=3g(-3)=-3 et g(0)=1g(0)=-1.
  1. Déterminer l'image de 66 par ff.
  2. Correction
    f(6)=13×6+2f(6)=-\dfrac 1 3 \times 6+2 == 2+2-2+2 == 00.
    L'image de 6 est 0.
  3. Calculer f(1)f(-1). On donnera le résultat sous forme de fraction irréductible.
  4. Correction
    f(1)=13×(1)+2f(-1)=-\dfrac 1 3 \times (-1)+2 == 13+2\dfrac 1 3 +2 == 13+63\dfrac{1}{3}+\dfrac{6}{3} == 73\dfrac{7}{3}.
  5. Donner le sens de variation et le tableau de signes de la fonction ff sur R\mathbb{R}.
  6. Correction
    Le coefficient directeur de ff est négatif, donc ff est décroissante sur R\mathbb R.
    De plus, f(6)=0f(6)=0, donc ff change de signe pour x=6x=6.
    xx -\infty 66 ++\infty f(x)f(x) ++ 0 -
    xx-\infty66++\infty
    f(x)f(x)++0-
  7. Déterminer l'expression algébrique de la fonction gg.
  8. Correction
    gg est une fonction affine donc il existe aa et bb R\in\mathbb{R} tels que g(x)=ax+bg(x) = a x + b.
    On sait que a=g(0)g(3)0(3)a=\dfrac{g(0)-g(-3)}{0-(-3)} == 1(3)3\dfrac{-1-(-3)}{3} == 23\dfrac{2}{3}.

    Ainsi, g(x)=23x+bg(x)=\dfrac{2}{3}x+b et puisque g(0)=1g(0)=-1, on a, en remplaçant xx par 00 :
    g(0)g(0) == 1-1
    23×0+b\dfrac{2}{3}\times0+b == 1-1
    bb == 1-1.
    Ainsi, pour tout réel xx, g(x)=23x1g(x)=\dfrac{2}{3}x-1.
  9. Tracer les courbes représentatives de ff et gg dans le repère donné ci-dessous.
  10. Correction
    Pour obtenir les droites représentant les fonctions affines ff et gg on donne deux valeurs différentes à xx pour obtenir deux points pour chacune des droites.
    xx 00 66
    f(x)=13x+2f(x)=-\dfrac{1}{3}x+2 22 00
    xx 00 66
    g(x)=23x1g(x)=\dfrac{2}{3}x-1 1-1 33
    0123456−1−21234−1−2
    mathcalCfmathcal{C}_f
    mathcalCgmathcal{C}_g
  11. Déterminer, par le calcul, les coordonnées exactes du point d’intersection de ces deux représentations graphiques.
  12. Correction
    On résout pour cela l'équation suivante :
    f(x)f(x) == g(x)g(x)
    13x+2-\dfrac{1}{3}x+2 == 23x1\dfrac{2}{3}x-1
    13x23x-\dfrac{1}{3}x-\dfrac{2}{3}x == 12-1-2
    33x-\dfrac{3}{3}x == 3-3
    x-x == 3-3
    xx == 33.

    On a alors f(3)f\left(3\right) == 13×3+2-\dfrac{1}{3}\times3+2 == 1+2-1+2 == 11.

    Les coordonnées du point d'intersection sont donc (3;1)\left(3\,; 1\right).
  13. On considère l'algorithme python ci-contre. Compléter les pointillés pour que le message affiché soit « Cg est au-dessus de Cf ».
  14. Correction
    On remarque que d=f(x)g(x)d=f(x)-g(x), donc d>0d>0 si f(x)>g(x)f(x)>g(x). Ce n'est pas ce qu'on veut, il faut donc que d<0d<0, sur notre graphique on voit que ça arrive si on prend une valeur de xx plus grande que 33.
    On peut donc compléter la dernière ligne par « positionRelative(4) » par exemple.
0123456−1−2−31234−1−2
Exercice 3 Questions de Cours Quatre questions de cours seront posées dans la liste suivante : Exemple d'exercice possible :
  1. Donner la définition d'un nombre rationnel.
  2. Définir un repère orthonormal du plan.
  3. Quelle formule permet dans un repère orthonormal de calculer la longueur de [AB][AB]A(xA;yA)A(x_{A};y_{A}) et B(xB;yB)B(x_{B};y_{B}) ?
  4. Soit ff la fonction affine définie par la relation f(x)=ax+bf(x)=ax+b, où aa et bb sont des nombres réels avec a>0a>0. Montrer que ff est croissante sur R\mathbb{R}.
Exercice 4
  1. Développer et réduire les expressions suivantes.
    1. (6x)2(6-x)^2
    2. Correction
      On utilise ici l'identité remarquable :
      (ab)2=a22ab+b2(a-b)^2=a^2-2ab+b^2.

      (6x)2(6-x)^2 == 622×6×x+x26^2-2\times 6 \times x +x^2
      == 3612x+x236 - 12x +x^2
      == x212x+36x^2- 12x +36.
    3. (x+7)(4x)(x+7)(4-x)
    4. Correction
      On utilise ici la double distributivité.

      (x+7)(4x)(x+7)(4-x) == x×4x×x+7×47×xx\times 4 -x\times x +7\times 4 -7\times x
      == 4xx2+287x4x -x^2 +28 -7x
      == x23x+28-x^2 -3x+28.
    5. (x3)(x+3)(x+5)2(x-3)(x+3)-(x+5)^2
    6. Correction
      On utilise ici deux identités remarquables :
      (ab)(a+b)=a2b2(a-b)(a+b)=a^2-b^2
      (a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2=a^2+2ab+b^2.

      (x3)(x+3)(x+5)2(x-3)(x+3)-(x+5)^2 == x232(x2+10x+25)x^2-3^2-(x^2+10x+25)
      == x29x210x25x^2-9-x^2-10x-25
      == 10x34-10x-34.
    7. (2x+5)(43x)+3(x+7)(2x+5)(4-3x)+3(x+7)
    8. Correction
      On utilise ici la double et la simple distributivité.

      (2x+5)(43x)+3(x+7)(2x+5)(4-3x)+3(x+7) == 8x6x2+2015x+3x+218x-6x^2+20-15x+3x+21
      == 6x24x+41-6x^2-4x+41.
  2. Résoudre les équations suivantes. On donnera le résultat sous forme de fraction irréductible.
    1. 11x39=011x-39=0
    2. Correction
      11x3911x-39 == 00
      11x11x == 3939
      xx == 3911\dfrac{39}{11}.
      L'équation admet une unique solution : 3911\dfrac{39}{11}.
    3. x+4=3x9x+4=3x-9
    4. Correction
      x+4x+4 == 3x93x-9
      x3xx-3x == 49-4-9
      2x-2x == 13-13
      xx == 132\dfrac{-13}{-2}
      xx == 132\dfrac{13}{2}.
      L'équation admet une unique solution : 132\dfrac{13}{2}.
    5. 23x+7=12\dfrac{2}{3}x+7=\dfrac{1}{2}
    6. Correction
      23x+7\dfrac{2}{3}x+7 == 12\dfrac{1}{2}
      23x\dfrac{2}{3}x == 127\dfrac{1}{2}-7
      23x\dfrac{2}{3}x == 12142\dfrac{1}{2}-\dfrac{14}{2}
      23x\dfrac{2}{3}x == 132-\dfrac{13}{2}
      xx == 132×32-\dfrac{13}{2}\times\dfrac{3}{2}
      xx == 394-\dfrac{39}{4}.
      L'équation admet une unique solution : 133-\dfrac{13}{3}.
  3. On a tapé les instructions suivantes dans la console Python.
  4. Quelles sont les valeurs de pp et qq à la fin de l'algorithme si :
    1. p=3p=3 et q=10q=10 ;
    2. Correction
      Dans cette situation on a p<qp < q donc les instructions
      p = p**2+3*q
      q = q+2
      s'éxécutent.
      L'instruction p = p**2+3*q nous donne que la nouvelle valeur de pp est 32+3×10=393^2+3\times10=39.
      L'instruction q = q+2 nous donne que la nouvelle valeur de qq est 10+2=1210+2=12.

      Les valeurs de pp et qq à la fin de l'algorithme sont donc p=39p=39 et q=12q=12.

      On peut le vérifier à l'aide l'agorithme suivant :
    3. p=12p=12 et q=5q=5.
    4. Correction
      Ddans cette situation la condition « p<qp < q » n'est pas respectée. Ce sont donc les instructions
      p = 2*p+q
      q = -5 qui s'éxécutent.

      La nouvelle valeur de pp vaut donc 2×12+5=292\times12+5=29.
      La nouvelle valeur de qq vaut 55=05-5=0.

      Les valeurs de pp et qq à la fin de l'algorithme sont donc p=29p=29 et q=0q=0.

      On peut le vérifier à l'aide l'agorithme suivant :
Exercice 5 Soit un repère orthonormé (O;I;J)(O;I;J). On considère les points A(3;0)A(-3;0), B(2;1)B(2;1), C(4;3)C(4;3) et D(1;2)D(-1;2).
1234−1−2−30.511.522.533.5−0.5
OO
II
JJ
  1. Placer les points AA, BB, CC et DD dans le repère (O;I;J)(O;I;J).
  2. Correction
    1234−1−2−30.511.522.533.5−0.5
    OO
    II
    JJ
    AA
    BB
    CC
    DD
  3. Compléter les pointillés des lignes 8 et 10 du programme Python ci-dessous pour qu'il retourne les coordonnées du milieu du segment [AC][AC].
  4. Correction
    En utilisant la formule du cours sur les coordonnées du milieu d'un segment on doit écrire :
    y = (yA+yC)/2.
    Pour la dernière instruction il faut juste écrire « y » dans les pointillés.
  5. Démontrer que les segments [AC][AC] et [BD][BD] ont le même milieu, que l'on notera M.
  6. Correction
    On note MM le milieu de [AC][AC]. On a alors :
    xM=xA+xC2x_M=\dfrac{x_A+x_C}{2} == 3+42\dfrac{-3+4}{2} == 12\dfrac{1}{2}.

    yM=yA+yC2y_M=\dfrac{y_A+y_C}{2} == 0+32\dfrac{0+3}{2} == 32\dfrac{3}{2}.

    Les coordonnées de MM milieu de [AC][AC] sont (12;32)\left(\dfrac{1}{2}\,;\dfrac{3}{2}\right).

    On note NN le milieu de [BD][BD]. On a alors :
    xN=xB+xD2x_N=\dfrac{x_B+x_D}{2} == 2+(1)2\dfrac{2+(-1)}{2} == 12\dfrac{1}{2}.

    yN=yB+yD2y_N=\dfrac{y_B+y_D}{2} == 1+22\dfrac{1+2}{2} == 32\dfrac{3}{2}.

    Les coordonnées de NN milieu de [BD][BD] sont (12;32)\left(\dfrac{1}{2}\,;\dfrac{3}{2}\right).

    Ainsi, les segments [AC][AC] et [BD][BD] ont bien le même milieu puisque M=NM=N.
  7. On rappelle que le point OO est l'origine du repère.
    Calculer les longueurs ODOD, DBDB et OBOB.
  8. Correction
    OD2OD^2 == (xDxO)2+(yDyO)2(x_D-x_O)^2+(y_D-y_O)^2
    == (10)2+(20)2(-1-0)^2+(2-0)^2
    == (1)2+22(-1)^2+2^2
    == 1+41+4
    == 55.
    Ainsi, OD=5OD=\sqrt{5}.

    DB2DB^2 == (xBxD)2+(yByD)2(x_B-x_D)^2+(y_B-y_D)^2
    == (2(1))2+(12)2(2-(-1))^2+(1-2)^2
    == 32+(1)23^2+(-1)^2
    == 9+19+1
    == 1010.
    Ainsi, DB=10DB=\sqrt{10}.

    OB2OB^2 == (xBxO)2+(yByO)2(x_B-x_O)^2+(y_B-y_O)^2
    == (20)2+(10)2(2-0)^2+(1-0)^2
    == 22+122^2+1^2
    == 55.
    Ainsi, OB=5OB=\sqrt{5}.
  9. Le triangle OBD est-il isocèle ? Équilatéral ? Rectangle ? Vos réponses seront justifiées.
  10. Correction
    Comme OB=ODOB=OD, le triangle est isocèle et puisque OBBDOB\neq BD, il n'est pas équilatéral.

    De plus, BD2=10BD^2=10, et OB2+OD2=5+5=10OB^2+OD^2=5+5=10. Donc d'après la réciproque du théorème de Pythagore, le triangle OBDOBD est rectangle en OO.
  11. Déterminer les coordonnées du point PP du plan tel que BODPBODP soit un parallélogramme.
  12. Correction
    Pour que BODPBODP soit un parallélogramme il faut que ses diagonales [BD][BD] et [OP][OP] se coupent en leur milieu.

    D'après la question 33, le point M(12;32)M\left(\dfrac{1}{2}\,;\dfrac{3}{2}\right) est le milieu de [BD][BD]. Il est donc aussi le milieu de [OP][OP].
    Ainsi, d'après la formule des coordonnées du milieu d'un segment on a :
    xMx_M == xO+xP2\dfrac{x_O+x_P}{2}
    12\dfrac{1}{2} == 0+xP2\dfrac{0+x_P}{2}
    12\dfrac{1}{2} == xP2\dfrac{x_P}{2}
    11 == xPx_P
    xPx_P == 11.
    De même, avec les ordonnées on obtient :
    yMy_M == yO+yP2\dfrac{y_O+y_P}{2}
    32\dfrac{3}{2} == 0+yP2\dfrac{0+y_P}{2}
    32\dfrac{3}{2} == yP2\dfrac{y_P}{2}
    33 == yPy_P
    yPy_P == 33.
    Ainsi, les coordonnées du point PP sont (1;3)(1\,;3).
Exercice 6 Dans cet exercice s'intéresse au nombre de cartes nécessaires à la construction d'un château de cartes. Les figures ci-dessous donnent le schéma de construction d'un château de cartes, à 1, puis 2 puis 3 étages.
  1. Combien de cartes faut-il pour un château à 1 étage ? Même question pour 2 puis pour 3 étages.
  2. Correction
    Un château à 1 étage est composé de 22 cartes. Un château à 2 étages est composé de 77 cartes. Un château à 3 étages est composé de 1515 cartes.
  3. Combien en faudrait-il pour un château à 4 étages ?
  4. Correction
    Il faudrait 2626 cartes pour faire un château à 4 étages.
  5. Combien faut-il ajouter de cartes pour passer de 1 étage à 2 étages? Même question de 2 à 3, puis même question de 3 à 4.
  6. Correction
    72=57 - 2 = 5 donc il faut 55 cartes pour passer de 1 étage à 2 étages.

    157=815 - 7 = 8 donc il faut 88 cartes pour passer de 2 étages à 3 étages.

    2616=1126 - 16 = 11 donc il faut 1111 cartes pour passer de 3 étages à 4 étages.
  7. Combien de cartes faudra-t-il pour construire un château à 10 étages ?
  8. Correction
    Dans la question précédente on peut remarquer qu'à chaque augmentation d'étage le nombre de cartes à ajouter augmente de 33.
    Pour passer de 3 à 4 étages on ajoute 1111 cartes donc pour passer à 5 étages on ajoute 1414 cartes.
    Ainsi, le nombre de cartes pour un château à 5 étages s'obtient à partir du nombre de cartes, 2626, d'un château à 4 étages auquel on ajoute 1414. Soit 26+14=4026+14=40.
    On raisonne de même pour les étages suivants :
    6 étages : 40+17=5740+17=57,
    7 étages : 57+20=7757+20=77,
    8 étages : 77+23=10077+23=100,
    9 étages : 100+26=126100+26=126,
    10 étages : 126+29=155126+29=155.
    Un château à 1010 étages contient donc 155155 cartes.
    Les plus motivés peuvent les compter sur le schéma ci-dessous :