Enseignement scientifique 1re

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Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Des édifices ordonnés : les cristaux
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Thème 2 : Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire et photosynthèse
Ch. 7
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Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L'histoire de l’âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l’Univers
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Ch. 11
Le son, phénomène vibratoire
Ch. 12
Musique et nombres
Ch. 13
Le son, une information à coder
Ch. 14
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Projet Experimental et Numérique
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Livret maths 3

Puissances et racines

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Point de cours 1
Les puissances

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Définition

Les puissances sont une abréviation dʼécriture pour les produits composés dʼun même facteur répété plusieurs fois. Au lieu dʼécrire 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 , on peut écrire 26 et on lit « 2 puissance 6 ».
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Définition

Pour tout nombre a non nul et tout entier positif n, une puissance de a à lʼexposant négatif -n sʼécrit :
a^{-n}=\dfrac{1}{a^{n}}=\dfrac{1}{\dfrac{a \times a \times \ldots \times a}{n \text { fois } a}}
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Exemples

\dfrac{1}{5^{4}}=5^{-4} et 7^{3}=\dfrac{1}{7^{-3}}

Remarque 1
Quelle que soit la valeur de a, a^{0}=1.

Remarque 2
a^{-n} est l'inverse de a^{n}.
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Propriété

Si m et n sont des entiers et b, un nombre non nul
a^{m} \times a^{n}=a^{m+n}
\dfrac{a^{n}}{b^{n}}=\left(\dfrac{a}{b}\right)^{n}
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Propriété

Si n est un entier et b un nombre non nul
a^{n} \times b^{n}=(a \times b)^{n}
\dfrac{a^{n}}{b^{n}}=\left(\dfrac{a}{b}\right)^{n}
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Exemple

2^{3} \times 3^{2}=8 \times 9=72
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Remarque 3

Les puissances sont prioritaires dans un calcul, et doivent être déterminées avant les parenthèses ou les multiplications.
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Exercices

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1
Écrivez le produit comme une puissance dʼun nombre.

a. 3 \times 3 \times 3 \times 3 \times 3 \times 3

b. 2 \times 7 \times 2 \times 7 \times 2 \times 7 \times 2 \times 7

c. (-14) \times(-14) \times(-14)

d. \pi \times \pi \times \pi \times \pi \times \pi
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2
Calculez les expressions suivantes.

a. \dfrac{6^{3}}{10}

b. (1-0\text{,}7)^{3}

c. 2-0\text{,}7^{3}

d. 20\text{,}4+(-2)^{4}

e. (8+2)^{4}

f. \left(\dfrac{6}{10}\right)^{3}

g. 150+(8+2)^{4}

h. 150+8+2^{4}

i. 150-(-8-2)^{4}
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3
Calculez en faisant attention aux priorités de calcul.

a. (5+3)^{4}

b. 5^{4}+3^{4}

c. \dfrac{(5+3)^{4}}{\left(5^{4}+3^{4}\right)}

d. \dfrac{5^{4}}{3^{4}}+\dfrac{3^{4}}{5^{4}}

e. 5 \times 3^{4}

f. 5^{4} \times 3^{4}

g. (5 \times 3)^{4}
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4
Ces égalités sont-elles vraies ? Justifiez.

a. 6^{3}=3^{3} \times 2^{3}

b. 8^{4}=2 \times 4^{4}

c. 9^{5}=4^{5}+5^{5}

d. 10^{8}=\left((3+7)^{2}\right)^{4}
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5
Lesquelles de ces expressions sont égales ?

Justifiez la réponse sans utiliser la calculatrice.

a. 2^{100}

b. \dfrac{1}{4^{-20}} \times(-2)^{60}

c. 100^{2}

d. 5^{4} \times 2^{4}

e. \left(2^{20}\right)^{5}

f. 200^{2}

g. 50^{4}

h. (-2)^{99} \times 2
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6
Effectuez les opérations suivantes sans calculatrice.

a. 1+3^{2}

b. 2 \times 5^{3}

c. (2 \times 5)^{3}

d. 2^{-1}+5^{-2}
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7
Énergie et vitesse d'un objet.

L'énergie cinétique d'un objet est calculée par la moitié du produit de sa masse par le carré de sa vitesse.

Quelle est la vitesse d'un objet de masse 5 kg et dont l'énergie cinétique est 90 J (J = joule) ?
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Point de cours 2
Puissance de 10

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Définition

Un nombre est écrit en notation scientifique lorsqu'il est écrit sous la forme :
a \times 10^{n} avec a un nombre décimal supérieur ou égal à 1 et strictement inférieur à 10 et n un nombre relatif.

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Exemples

4\text{,}218 \times 10^{3} est l'écriture scientifique de 4\,218.

5\text{,}21 \times 10^{-8} est l'écriture scientifique de 0\text{,}0000000521.
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Exercices

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8
Donnez lʼécriture scientifique des nombres suivants.

a. 437\,850\,000\,000

b. 0\text{,}00000416

c. 1593\text{,}28

d. 0\text{,}00000000181

e. 17\text{,}4 \times 10^{9}

f. 9\text{,}8 \times 100^{11}

g. 56\text{,}753219

h. 0\text{,}67842 \times 10^{6}
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9
Donnez lʼécriture scientifique des nombres suivants.

a. 20^{7} \times 5^{7}

b. 200^{3} \times 0\text{,}00052^{2}

c. 5 \times 10^{3} \times\left(2 \times 10^{-2}\right)^{3}

d. 5^{-1} \times 10^{3}

e. \dfrac{28 \times 10^{4}}{0\text{,}4 \times 10^{7}}

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10
Donnez lʼécriture scientifique des nombres suivants.

Justifier la réponse sans utiliser la calculatrice.

a. 87\,000\,000

b. 0\text{,}00045

c. 291 \times 10^{-7}

d. 0\text{,}052 \times 10^{5}

e. 89789 \times 10^{9}

f. 3\,000\,006 \times 10^{-6}
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11
Écrivez en notation scientifique les nombres suivants.

a. 232

b. 75\text{,}7

c. 0\text{,}958

d. 100000
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Point de cours 3
Le logarithme décimal

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Définition

Pour tout réel x, si a est un nombre quelconque, la solution de l'équation 10^x = a est le « logarithme de a », noté \log _{10}(a) ou plus simplement \log (a).
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Propriété

\log \left(10^{x}\right)=x , pour tout réel x.

Remarque
Autrement dit, le logarithme décimal « compte » les puissances de 10. Il donne un ordre de grandeur d'un nombre en termes de puissances de 10.
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Propriété

Pour tous réels x>0 et x^{\prime}>0 :
  • \log \left(x \times x^{\prime}\right)=\log (x)+\log \left(x^{\prime}\right)
  • \log \left(\dfrac{x}{x^{\prime}}\right)=x-x^{\prime}

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Propriété

  • si 0 \lt x \lt 1 alors \log (x) est négatif.
  • si x est un nombre supérieur à 1, alors \log (x) est positif.

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Exemples

  • \log (1\,000)=3
  • La solution de 10^{x}=13\,800 est x=\log (13\,800) \approx 4\text{,}14.
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Exercices

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12
Choisissez la bonne réponse.

Si un nombre est multiplié par 100, alors son log…

a. double.
b. est multiplié par 100.
c. augmente de 2.
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13
Calculez les logarithmes suivants.

a. \log (100)

b. \log (100\,000)

c. \log \left(10^{7}\right)

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14
Calculez les logarithmes suivants.

a. \log (0\text{,}1)

b. \log (0\text{,}000\,1)

c. \log \left(10^{-9}\right)
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15
Résolvez les équations suivantes et donnez une valeur approchée du résultat.

a. 10^{x}=5\,341

b. 10^{x}=0\text{,}000\,084

c. 10^{2 x+1}=67\,910\,400

d. 10^{-3 x}=0\text{,}000\,048
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Point de cours 4
Racine carrée

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Définition

Soit a un nombre réel positif. La racine carrée de a est l'unique nombre réel positif dont le carré est égal à a :
pour tout a \geqslant 0, (\sqrt{a})^{2}=a.
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Propriété

Soit a et b des nombres réels positifs. On a alors :
  • \sqrt{a b}=\sqrt{a} \sqrt{b}
  • si b \neq 0, on a : \sqrt{\dfrac{a}{b}}=\dfrac{\sqrt{a}}{\sqrt{b}}
  • si a \neq 0 et b \neq 0, \sqrt{a+b} \lt \sqrt{a}+\sqrt{b}
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Exemples

\sqrt{16+9}=\sqrt{25}=5 et \sqrt{16}+\sqrt{9}=4+3=7 et 5 \lt 7.
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Propriété

Pour tout nombre réel a, on a \sqrt{a^{2}}=|a|.
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Exercices

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16
Sans calculatrice.

Effectuez les calculs suivants.

a. \sqrt{4}

b. \sqrt{(-6)^{2}}

c. \sqrt{11}^{2}

d. \sqrt{5^{4}}

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17
Quelques fractions.

Écrivez les expressions suivantes sans racine carrée au dénominateur.

a. \dfrac{2}{\sqrt{3}-\sqrt{2}}

b. \dfrac{\sqrt{2}-\sqrt{5}}{\sqrt{7}-\sqrt{3}}

c. \dfrac{1+2 \sqrt{3}}{1+\sqrt{2}}

d. \dfrac{5-\sqrt{2}}{\sqrt{2}+\sqrt{\pi+1}}

e. \dfrac{2-3 \sqrt{5}}{\sqrt{6}}

f. \dfrac{1+5 \sqrt{2}}{3 \sqrt{2}}
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18
Simplifications d'expressions.

Écrivez les expressions suivantes sous la forme \sqrt{a} avec a > 0.

a. \sqrt{7} \times \sqrt{6}

b. \sqrt{15} \div \sqrt{5}

c. \sqrt{16}+\sqrt{9}

d. 4 \sqrt{3}

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19
Simplifications d'expressions.

Écrivez sous la forme a \sqrt{b} avec a et b des nombres entiers strictement positifs, b étant le plus petit possible.

a. \sqrt{50}

b. \sqrt{200}

c. \sqrt{147}

d. \sqrt{54}

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Point de cours 5
Racine n-ième

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Propriété

L'équation x^{n}=a d'inconnue x (où a \geq 0) a pour solution dans \mathbb{R}^{+}
x=\sqrt[n]{a} (« racine n-ième » de a) qui s'écrit également x=a^{\frac{1}{n}}.

Racine n-ième
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Exemples

La solution de x^{3}=6 est le nombre x=\sqrt[3]{6} \approx 1\text{,}82.
En effet, on a 1\text{,}82^{3} \approx 6.

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Exercices

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20
Déterminez le nombre n tel que :

a. 3^{n}=81

b. 2^{n}=1\,024

c. \left(\dfrac{3}{2}\right)^{n}=11\text{,}390\,625

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21
Résolvez mentalement les équations suivantes.

a. x^{2}=16

b. x^{5}=32

c. x^{4}=10\,000

d. x^{3}=27

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22
Résolvez à la calculatrice les équations suivantes en utilisant la touche \sqrt[n]{ }.

a. x^{6}=240

b. x^{5}=125\text{,}6

c. x^{10}=807

d. x^{5}=114

e. x^{3}=35\text{,}6

f. x^{8}=32\,768
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23
Démonstration.

Soit a un nombre réel et n un nombre entier naturel.
Démontrer que le nombre a^{\frac{1}{n}} est solution de l'équation x^{n}=a.
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24
Résolvez les équations suivantes.

a. x^{3}+108\text{,}6=651\text{,}8

b. \dfrac{316 x^{7}}{61 x^{3}}=700

c. (1000-71) x^{6}=41 x^{2}

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25
Résolvez les équations suivantes.

a. (x-2)^{3}=116

b. (2 x+1)^{4}+90=908

c. (3-x)^{3}=0\text{,}001

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