2de Calcul numérique
NC1

Calcul numérique

NOMBRES
ET CALCULS

Cours interactif. Les exemples interactifs sont masqués par défaut : seul le calcul à faire s’affiche. Utilisez les flèches gauche et droite pour dévoiler les étapes, puis « Afficher » pour voir toute la solution. Le bandeau en bas permet de passer d’un exemple à l’autre.

1Fractions et calculs

1.1Fraction irréductible

Simplifier une fraction

Dans une fraction, lorsque le numérateur et le dénominateur ont un facteur en commun alors on peut simplifier par ce facteur :

\[\text{Si } m \neq 0 \text{ alors } \frac{a \times m}{b \times m} = \frac{a}{b}\]
Exemple Simplifier une fraction

\(\dfrac{231}{105}\)\(= \dfrac{21\times 11}{5\times 21}\)\(= \dfrac{11}{5}\)

On ne peut pas simplifier plus, on dit que la fraction \(\dfrac{11}{5}\) est irréductible.

1.2Calculer avec les fractions

Additionner ou soustraire des fractions

  • Si besoin on les transforme pour les écrire avec le plus petit dénominateur commun.
  • On ajoute ou soustrait alors les numérateurs en gardant le dénominateur commun.
Exemples Addition et soustraction

\(\dfrac{3}{2} + \dfrac{7}{2}\)\(= \dfrac{10}{2}\)\(= 5\)

\(\dfrac{5}{4} + \dfrac{1}{6}\)\(= \dfrac{15}{12} + \dfrac{2}{12}\)\(= \dfrac{17}{12}\)

Multiplier des fractions

On multiplie ensemble les deux numérateurs et ensemble les deux dénominateurs en essayant de simplifier les fractions AVANT de multiplier.

Exemples Multiplication

\(\dfrac{15}{7} \times \dfrac{14}{25}\)\(= \dfrac{15\times 14}{7\times 25}\)\(= \dfrac{5 \times 3 \times 2 \times 7}{7 \times 5 \times 5}\)\(= \dfrac{\cancel{5} \times 3 \times 2 \times \cancel{7}}{\cancel{7} \times \cancel{5} \times 5}\)\(= \dfrac{6}{5}\)

\(3 \times \dfrac{7}{2}\)\(= \dfrac{21}{2}\)

Diviser des fractions

Diviser par un nombre non-nul, c’est multiplier par son inverse :

L’inverse de \(a\) est \(\dfrac{1}{a}\) et l’inverse de \(\dfrac{a}{b}\) est \(\dfrac{b}{a}\).

Exemple Division

\(\dfrac{15}{7} \div \dfrac{25}{14}\)\(= \dfrac{15}{7} \times \dfrac{14}{25}\)\(= \dfrac{5\times 3\times 2\times 7}{7\times 5\times 5}\)\(= \dfrac{\cancel{5} \times 3 \times 2 \times \cancel{7}}{\cancel{7} \times \cancel{5} \times 5}\)\(= \dfrac{6}{5}\)

Automatisme : Effectuer des opérations entre des fractions

\(A = \dfrac{7}{5} + \dfrac{9}{2}\)

\(A = \dfrac{14}{10} + \dfrac{45}{10} = \dfrac{59}{10}\)

\(B = \dfrac{18}{7} \div \dfrac{9}{21}\)

\(B = \dfrac{18}{7} \times \dfrac{21}{9} = \dfrac{18\times 21}{7\times 9} = 6\)

\(C = \dfrac{7}{3} \times \dfrac{9}{28} \times \dfrac{6}{5}\)

\(C = \dfrac{7\times 9\times 6}{3\times 28\times 5} = \dfrac{9}{10}\)

\(D = 6 + \dfrac{1}{5} - \dfrac{7}{10}\)

\(D = \dfrac{60}{10} + \dfrac{2}{10} - \dfrac{7}{10} = \dfrac{55}{10} = \dfrac{11}{2}\)

\(E = \dfrac{5}{\dfrac{10}{7}}\)

\(E = 5 \times \dfrac{7}{10} = \dfrac{35}{10} = \dfrac{7}{2}\)

2Puissances et calculs

2.1Puissance d’un nombre entier

Définition

Soit \(n\) un nombre entier naturel, alors \(a^n = a \times a \times \dots \times a\) avec \(n\) facteurs égaux à \(a\).

On a \(a^0 = 1\) et \(a^1 = a\).

Exemple \(5^6 = 5 \times 5 \times 5 \times 5 \times 5 \times 5\)

Propriétés

Pour tous nombres réels \(a\) et \(b\) et pour tous nombres entiers \(m\) et \(n\) :

\(a^m \times a^n = a^{m+n}\)

Exemple \(2^5 \times 2^3\)\(= 2^{5+3}\)\(= 2^8\)

\(a^{-n} = \dfrac{1}{a^n}\)

Exemple \(2^{-3}\)\(= \dfrac{1}{2^3}\)\(= \dfrac{1}{8}\)

\(\dfrac{a^m}{a^n} = a^{m-n}\)

Exemple \(\dfrac{2^5}{2^3}\)\(= 2^{5-3}\)\(= 2^2\)

\((a \times b)^n = a^n \times b^n\)

Exemple \((3 \times 5)^2\)\(= 3^2 \times 5^2\)\(= 9 \times 25\)\(= 225\)

\((a^m)^n = a^{m \times n}\)

Exemple \((2^5)^3\)\(= 2^{5 \times 3}\)\(= 2^{15}\)

Si \(b \neq 0\), \(\left(\dfrac{a}{b}\right)^n = \dfrac{a^n}{b^n}\)

Exemple \(\left(\dfrac{2}{3}\right)^3\)\(= \dfrac{2^3}{3^3}\)\(= \dfrac{8}{27}\)

Automatisme : Simplifier des expressions avec des puissances

\(A = 10^3 \times 10^9 \times 10^{-6}\)

\(A = 10^{3+9-6} = 10^6\)

\(B = (2^7)^2 \times 2^9\)

\(B = 2^{14} \times 2^9 = 2^{23}\)

\(C = \dfrac{7^{15}}{7^6}\)

\(C = 7^{15-6} = 7^9\)

\(D = 12^7 \times 4^7\)

\(D = (12 \times 4)^7 = 48^7\)

2.2Cas des puissances de 10 et écriture scientifique

Les puissances de 10

\(10^n = 100\ldots00\) avec \(n\) zéros.

Exemple \(10^5 = 100\ 000\)

\(10^{-n} = 0{,}00\ldots01\) avec \(n\) chiffres après la virgule.

Exemple \(10^{-5} = 0{,}000\ 01\)

Écriture scientifique

L’écriture scientifique d’un nombre décimal positif non nul est de la forme \(a \times 10^n\) où \(n\) est un nombre entier relatif et \(a\) un nombre décimal tel que \(1 \leqslant a < 10\).

Exemples Passer en écriture scientifique

\(7\ 540\ 000\)\(= 7{,}54 \times 10^6\)

\(0{,}000\ 76\)\(= 7{,}6 \times 10^{-4}\)

3Racines carrées et calculs

3.1Racine carrée

Définitions

La racine carrée d’un nombre réel positif \(a\) est le nombre positif dont le carré est égal à \(a\).

On le note \(\sqrt{a}\) et on a donc \(\left(\sqrt{a}\right)^2 = a\). Le symbole \(\sqrt{\phantom{a}}\) est appelé le radical.

Exemple Racine carrée de 9

Quelle est la racine carrée de \(9\) ?

Les nombres \(3\) et \(-3\) pourraient convenir, car \(3^2 = 9\) et \((-3)^2 = 9\).

Mais puisque la racine carrée est toujours un nombre positif, seul le premier nombre convient : \(\sqrt{9} = 3\) car \(3^2 = 9\) et \(3 \geqslant 0\).

Remarque

Les nombres dont la racine carrée est un entier sont les carrés parfaits. Il est utile de connaître les premiers :

\(0^2 = \mathbf{0}\) donc \(\sqrt{\mathbf{0}} = 0\) \(1^2 = \mathbf{1}\) donc \(\sqrt{\mathbf{1}} = 1\) \(2^2 = \mathbf{4}\) donc \(\sqrt{\mathbf{4}} = 2\) \(3^2 = \mathbf{9}\) donc \(\sqrt{\mathbf{9}} = 3\) \(4^2 = \mathbf{16}\) donc \(\sqrt{\mathbf{16}} = 4\) \(5^2 = \mathbf{25}\) donc \(\sqrt{\mathbf{25}} = 5\) \(6^2 = \mathbf{36}\) donc \(\sqrt{\mathbf{36}} = 6\) \(7^2 = \mathbf{49}\) donc \(\sqrt{\mathbf{49}} = 7\) \(8^2 = \mathbf{64}\) donc \(\sqrt{\mathbf{64}} = 8\) \(9^2 = \mathbf{81}\) donc \(\sqrt{\mathbf{81}} = 9\) \(10^2 = \mathbf{100}\) donc \(\sqrt{\mathbf{100}} = 10\) \(11^2 = \mathbf{121}\) donc \(\sqrt{\mathbf{121}} = 11\) \(12^2 = \mathbf{144}\) donc \(\sqrt{\mathbf{144}} = 12\)

En général on ne peut écrire que des valeurs approchées des racines carrées sous forme décimale. Ainsi : \(\sqrt{2} \approx 1{,}414\) et \(\sqrt{3} \approx 1{,}732\).

Propriétés de calcul

Pour tous nombres réels positifs \(a\) et \(b\) :

  • \(\sqrt{a \times b} = \sqrt{a} \times \sqrt{b}\)
  • \(\sqrt{\dfrac{a}{b}} = \dfrac{\sqrt{a}}{\sqrt{b}}\) (\(b\) non nul)
Exemples Produit et quotient de racines

\(\sqrt{3} \times \sqrt{12}\)\(= \sqrt{3 \times 12}\)\(= \sqrt{36}\)\(= 6\)

\(\dfrac{\sqrt{48}}{\sqrt{3}}\)\(= \sqrt{\dfrac{48}{3}}\)\(= \sqrt{16}\)\(= 4\)

Méthode : Simplification de racines carrées : écrire sous la forme \(a\sqrt{b}\)

Il faut chercher le plus grand carré parfait qui soit un diviseur du nombre sous le radical puis utiliser la première propriété sur les produits :

Exemple Écrire sous la forme \(a\sqrt{b}\)

\(\sqrt{63}\)\(= \sqrt{9 \times 7}\)\(= \sqrt{9} \times \sqrt{7}\)\(= \sqrt{3^2} \times \sqrt{7}\)\(= 3\sqrt{7}\)

Écrire \(\sqrt{72}\) sous la forme \(a\sqrt{b}\) avec \(a\) et \(b\) entiers et \(b\) le plus petit possible.

Indice : chercher le plus grand carré parfait qui divise \(72\). Ici, \(72 = 36 \times 2\).

\(\sqrt{72} = \sqrt{36 \times 2} = \sqrt{36} \times \sqrt{2} = 6\sqrt{2}\)