Mathilde veut construire un petit enclos rectangulaire pour son lapin. Son papi lui fournit 6,5 m de grillage. En plaçant l’enclos contre le mur de son jardin, le grillage ne délimitera que trois côtés. Mathilde place un premier poteau A contre le mur. Elle veut déterminer à quelle distance $x$ placer le poteau B pour que la surface de l’enclos soit maximale.
Dans l’activité de ce chapitre nous avons associé à la longueur $x$ (distance du point B au mur) la surface de l’enclos. Ce procédé s’est traduit ainsi : \[x\longmapsto x(6,5-2x)\]
B) Définition et vocabulaire
Définition : Une fonction numérique $f$ est un procédé de calcul qui, à tout nombre $x$, associe le nombre $f(x)$ (lire « $f$ de $x$ »). On note : \[f:x\longmapsto f(x)\]
Exemples : D’autres exemples de fonctions :
$f$ est la fonction qui, à un nombre $x$, fait correspondre son double :
\[f:x\longmapsto 2x\]
\[f(x)=2x\]
$g$ est la fonction qui, à un nombre $x$, fait correspondre son carré :
\[g:x\longmapsto x^{2}\]
\[g(x)=x^{2}\]
$h$ est la fonction qui, à un nombre $x$, associe son carré augmenté de 1 :
\[h:x\longmapsto x^{2}+1\]
\[h(x)=x^{2}+1\]
Exemple : Soit le programme de calcul ci-dessous. Déterminer l’expression algébrique de la fonction $f$ associée à ce programme de calcul.
Choisir un nombre
Retrancher 5
Multiplier le résultat par 4
Je choisis $x$
$x-5$
$(x-5)\times 4$
Donc : $f(x)=4(x-5)$.
Vocabulaire :
$f(x)$ est l’image de $x$ par la fonction $f$.
$x$ est un antécédent de $f(x)$ par la fonction $f$.
Remarque : Un nombre peut avoir plusieurs antécédents mais chaque nombre a au plus une image.
Exemple : Dans l’activité, nous avons trouvé à l’aide d’un tableur que si $x=1,6$, l’aire de l’enclos était maximale. Ainsi au nombre 1,6 nous associons le nombre 5,28. Nous pourrons écrire que : \[f(1,6)=5,28\]Nous pouvons dire que :
5,28 est l’image de 1,6 par la fonction $f$.
1,6 est un antécédent de 5,28 par la fonction $f$.
Exemple : Soit $f$ la fonction définie par $f:x\longmapsto x^{2}-3$.
Définition : Faire un agrandissement d’une figure c’est multiplier toutes les longueurs par un même nombre $k$ supérieur à 1 en conservant la forme de la figure.
Vocabulaire : $k$ est appelé le rapport d’agrandissement.
Exemple : Sur la figure ci-dessous, le triangle $A’B’C’$ est un agrandissement du triangle $ABC$. Les longueurs ont été multipliées par 1,5. En effet : \[3\times 1,5=4,5~~~~4\times 1,5=6~~~~5\times 1,5=7,5\]
Les dimensions de la figure obtenue lors d’un agrandissement sont proportionnelles à celles de la figure initiale. \[\dfrac{4,5}{3}=\dfrac{6}{4}=\dfrac{7,5}{5}=\textcolor{red}{1,5}\]
Définition : Faire une réduction d’une figure c’est multiplier toutes les longueurs par un même nombre $k$ compris entre 0 et 1 en conservant la forme de la figure.
Vocabulaire : $k$ est appelé le rapport de réduction.
Exemple : Sur la figure ci-dessous, le triangle $A’B’C’$ est une réduction du triangle $ABC$. Les longueurs ont été multipliées par 0,5. En effet : \[4\times 0,5=2~~~~6\times 0,5=3~~~~8\times 0,5=4\]
Les dimensions de la figure obtenue lors d’une réduction sont proportionnelles à celles de la figure initiale. \[\dfrac{2}{4}=\dfrac{3}{6}=\dfrac{4}{8}=\textcolor{red}{0,5}\]
B) Conservation des angles et du parallélisme
Conséquence : Lors de l’agrandissement ou de la réduction d’une figure :
les mesures des angles sont conservées (donc la perpendicularité en particulier) ;
le parallélisme est conservé.
Exemple : Le triangle $A’B’C’$ est un agrandissement du triangle $ABC$ dans le rapport 2. Donc :
Exemple : La surface d’un champ est de 12 hectares. On multiplie ses dimensions par 2,5. Quelle sera sa nouvelle surface? \begin{eqnarray*} A_{nouvelle~surface}&=&2,5^{2}\times A_{surface~de~départ}\\ &=&2,5^{2}\times 12~\text{hectares}\\ &=&75~\text{hectares} \end{eqnarray*}
D) Effet sur les volumes
Propriété : Si les longueurs d’une figure sont multipliées par un nombre $k$ (positif), alors le volume est multiplié par $k^{3}$.
Exemple : Sur la figure ci-dessous, le 2ème pavé droit est un agrandissement du 1er pavé droit de coefficient 2.
Or : $V_{pavé~droit~1}=1~\text{cm}\times 1~\text{cm}\times 2~\text{cm}=2~\text{cm}^{3}$
Définition : La fréquence est le quotient (ou rapport) de l’effectif de cette valeur sur l’effectif total de la population : \[\text{Fréquence}=\dfrac{\text{Effectif}}{\text{Effectif total}}\]
Exemple : Dans un collège de 450 élèves, 110 élèves ont trois frères et soeurs. La fréquence des élèves ayant trois frères et soeurs est égale à : \[\text{Fréquence}=\dfrac{110}{450}\approx 0,244\]En pourcentage, cette fréquence vaut environ 24,4 %.
B) Moyenne d'une série statistiques
Définition : La moyenne pondérée d’une série de valeurs est le nombre obtenu :
en additionnant toutes les valeurs de la série ;
en divisant cette somme par l’effectif total de la série.
Exemple : On a relevé les distances (en km) parcourues par un commercial au cours de ses $7$ derniers jours travaillés. On peut calculer la distance moyenne journalière de deux manières différentes :
Avec un tableur : En A9, on tape la formule : =MOYENNE(A2: A8)
A la main : \[\dfrac{374~\text{km}+475~\text{km}+326~\text{km}+408~\text{km}+372~\text{km}+431 ~\text{km}+274~\text{km}}{7}=380~\text{km}\]La distance moyenne journalière parcourue par ce commercial est égales à $380~\text{km}$.
Interprétation : Si ce commercial avait parcouru le même nombre de kilomètres chaque jour, celui-ci serait de $380$ km.
Remarque : Le tableur permet de traiter des données réelles en grand nombre en s’affranchissant de calculs fastidieux.
Exemple : A un concours scientifique, les mathématiques ont un coefficient 5, la physique un coefficient 3 et la géologie un coefficient 2. Carine a obtenu 11 en mathématiques, 9 en physique et 12 en géologie. Quelle est la moyenne de Carine à ce concours ? \[\text{Moyenne}=\dfrac{11\times 5+9\times 3+12\times 2}{5+3+2}=10,6\]
C) Médiane d'une série statistiques
Définition : Les valeurs d’une série statistique étant rangées par ordre croissant (ou décroissant), la médiane est un nombre M tel que :
au moins la moitié des valeurs de la série sont inférieures ou égales à M ;
au moins la moitié des valeurs de la série sont supérieures ou égales à M.
Exemple :(Effectif total impair) Calculer la médiane de la série suivante : \[6-15-26-14-30-21-18-9-13\]
Je range les valeurs de la série dans l’ordre croissant : \[6-9-13-14-15-18-21-26-30\]Je calcule l’effectif total : $9$ $9\div 2=4,5$ donc la médiane est la 5ème valeur : $M=15$ Il y a $5$ valeurs inférieures ou égales à la médiane et $5$ valeurs supérieures ou égales à la médiane.
Exemple :(Effectif total pair)
Calculer la médiane de la série suivante : \[16-4-2-12-9-15-17-1\]
Je range les valeurs de la série dans l’ordre croissant : \[1-2-4-9-12-15-16-17\]Je calcule l’effectif total : $8$ $8\div 2=4$ donc la médiane est la moyenne des 4ème et 5ème valeurs : \[M = \dfrac{9+12}{2}=10,5\]Il y a $5$ valeurs inférieures ou égales à la médiane et $5$ valeurs supérieures ou égales à la médiane.
Exemple : Calculer la médiane de la série des lancers de javelot ci-dessous.
On peut calculer la médiane de deux manières différentes :
Avec le tableur : En H4, on tape la formule : =MEDIANE(A1: G4)
A la main :
L’effectif total est $28$. $28$ est pair donc la médiane est la moyenne des 14ème et 15ème longueurs. Elles sont égales à $41~\text{m}$ et $42~\text{m}$. \[M= \dfrac{41~\text{m}+42~\text{m}}{2}=41,5~\text{m}\]La médiane est $41,5~\text{m}$.
Exemples : Les identités remarquables permettent de développer plus rapidement une expression : \begin{eqnarray*} A&=&(2x+5)^{2}\\ A&=&(2x)^{2}+2\times 2x\times 5+5^{2}\\ A&=&4x^{2}+20x+25\\ \end{eqnarray*}
Une expression littérale peut traduire un programme de calcul. Cela permet de justifier que des programmes de calcul sont équivalents.
Exemple : Les programmes de calcul ci-dessous sont-ils équivalents ?
Choisir un nombre
Ajouter 7
Ajouter le nombre de départ
Choisir un nombre
Multiplier le résultat par 2
Ajouter 10
Retrancher 3
Choisissons $x$ pour remplacer le nombre de départ :
$x$
$x+7$
$x+7+x=2x+7$
$x$
$2\times x$
$2\times x+10$
$2\times x+10-3=2x+7$
Le résultat de ces deux programmes est donc identique pour n’importe quelle valeur de $x$. Donc ces deux programmes de calcul sont équivalents.
Une expression littérale permet aussi de décrire une propriété générale de nombres.
Exemples :
Si $n$ désigne un nombre entier, on peut traduire la formulation « être la somme de deux entiers consécutifs » par l’expression littérale : $n+(n+1)$.
Si $n$ désigne un nombre entier, on peut traduire la formulation « être un multiple de 3 » par l’expression littérale : $3\times n=3n$.
Si $n$ désigne un nombre entier, on peut traduire la formulation « être un nombre pair » par l’expression littérale : $2\times n=2n$.
Si $n$ désigne un nombre entier, on peut traduire la formulation « être un nombre impair » par l’expression littérale : $2\times n+1=2n+1$.
Le calcul littéral permet de démontrer qu’une propriété est vraie.
Exemple : Montrer que pour n’importe quel nombre entier $n$, $(n+1)^{2}-(n-1)^{2}$ est un multiple de 4.
\begin{eqnarray*} (n+1)^{2}-(n-1)^{2}&=&[n^{2}+2\times n\times 1+1^{2}]-[n^{2}-2\times n\times 1+1^{2}]\\ &=&[n^{2}+2n+1]-[n^{2}-2n+1]\\ &=&n^{2}+2n+1-n^{2}+2n-1\\ &=&4n \end{eqnarray*} Donc pour tout nombre entier $n$, $(n+1)^{2}-(n-1)^{2}$ est bien un multiple de 4.
Définition : Le nombre $a$ est divisible par le nombre $b$ lorsqu’il existe un nombre entier $c$ non nul tel que : \[a=b\times c\]On dit aussi que $a$ est un multiple de $b$ ou que $b$ est un diviseur de $a$.
Exemples : 60 est-il un multiple de 12 ? 1 974 est-il divisible par 84 ?
60 est un multiple de 12 car $60=12\times 5$.
On dit également :
60 est divisible par 12 (et par 5) ;
12 (ou 5) est un diviseur de 60.
1 974 n’est pas divisible par 84 car : $1~974\div 84=23,5$.
On dit également :
84 n’est pas un diviseur de 1 974 ;
1 974 n’est pas un multiple de 84.
Propriétés :
Un nombre entier est divisible par 2 lorsque son chiffre des unités est 0 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8.
Un nombre entier est divisible par 5 lorsque son chiffre des unités est 0 ou 5.
Un nombre entier est divisible par 10 lorsque son chiffre des unités est 0.
Un nombre entier est divisible par 3 lorsque la somme de ses chiffres est un multiple de 3.
Un nombre entier est divisible par 9 lorsque la somme de ses chiffres est un multiple de 9.
Un nombre entier est divisible par 4 lorsque le nombre formé par ses deux derniers chiffres est un multiple de 4.
Démonstration : Dans le cas de la divisibilité par 5 avec $n$ un nombre entier à trois chiffres. $n$ est donc un nombre entier à trois chiffres dont le chiffre des centaines est $c$, le chiffre des dizaines est $d$ et le chiffre des unités est $u$. On a alors : \begin{eqnarray*} n&=&100\times c+10\times d+u\\ n&=&5\times 20\times c+5\times 2\times d+u\\ n&=&5\times (20c+2d)+u\\ \end{eqnarray*} Or $5\times (20c+2d)$ est divisible par 5. Donc $n$ est divisible par 5 dans le cas où $u$ est divisible par 5 c’est à dire si $u$ est égal à 0 où 5.
B) Nombres premiers
Définition : Un nombre premier est un nombre qui n’a que deux diviseurs : 1 et lui-même.
Exemples :
12 n’est pas un nombre premier car il est divisible par 1, 2,3, 4, 6, 12.
1 n’est pas un nombre premier car il admet un seul diviseur, lui-même.
0 n’est pas un nombre premier car il est divisible par n’importe quel nombre non-nul.
2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37… sont tous les nombres premiers inférieurs à 40.
C) Décomposition en produit de facteurs premiers
Propriété (admise) : Un nombre entier supérieur ou égal à 2 se décompose en produit de facteurs premiers. Cette décomposition est unique, à l’ordre près.
Exemple : Décomposition de 76 en produit de facteurs premiers.
On cherche ses diviseurs premiers dans l’ordre croissant :
76 est divisible par 2: $76=2\times 38$.
38 est divisible par 2: $76=2\times 2\times 19$.
Or 19 est un nombre premier, donc la décomposition de 76 en produit de facteurs premiers est terminée : \[76=2\times 2\times 19=2^{2}\times 19\]
Exemple : La décomposition d’un nombre entier en produit de facteurs premiers permet de trouver le PGCD et le PPCM de deux nombres. Cherchons le PGCD (Plus Grand Commun Diviseur) et le PPCM (Plus Petit Commun Multiple) de 120 et 36. La décomposition en produit de facteurs premiers de 120 et 36 est :
Le sujet de brevet mathématiques de janvier 2023 proposait aux élèves du collège 7 exercices traitant de différents chapitres vus depuis le début de l’année de 3ème :
Tout d’abord, l’exercice 1 est un exercice sur la notion de fonction ;
Ensuite, l’exercice 2 propose un questionnaire à choix multiples ;
l’exercice 3 traite des données statistiques et de calculs d’aire et de volume ;
Après cela, l’exercice 4 permet de travailler les transformations du plan ;
l’exercice 5 traite de la notion de nombres premiers ;
l’exercice 6 est un programme de calcul en lien avec un script écrit en langage Scratch ;
Enfin, l’exercice 7 fait intervenir le théorème de Pythagore et des calculs de périmètre d’aire et de volume.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
Le sujet de brevet mathématiques Métropole de juin 2022 proposait aux élèves 5 exercices indépendants les uns des autres. L’épreuve était notée sur 100 et l’usage de la calculatrice autorisé. Toute trace de recherche même incomplète était prise en compte dans l’évaluation de la copie.
L’exercice 1 est un exercice de géométrie utilisant le théorème de Pythagore, le théorème de Thalès et la notion de vitesse.
L’exercice 2 est un questionnaire à choix multiple.
L’exercice 3 est un problème de partage faisant intervenir la décomposition d’un nombre en produit de facteurs premiers et la notion de diviseurs communs
L’exercice 4 mélange calcul littéral et algorithmique (Scratch).
L’exercice 5 est un problème consommation d’eau faisant intervenir des calculs de volume et des conversions entre unités de volume et de capacité.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
Le sujet de brevet mathématiques Centres étrangers de juin 2022 proposait aux élèves 5 exercices indépendants les uns des autres. L’épreuve était notée sur 100 et l’usage de la calculatrice autorisé. Toute trace de recherche même incomplète était prise en compte dans l’évaluation de la copie.
L’exercice 1 est un questionnaire à choix multiple.
L’exercice 2 traite des statistiques (moyenne, étendue, médiane).
L’exercice 3 est un exercice de géométrie utilisant la trigonométrie, le théorème de Pythagore, la réciproque du théorème de Thalès…
L’exercice 4 revient sur la notion d’algorithmique (Scratch).
L’exercice 5 est un problème de partage faisant intervenir la décomposition d’un nombre en produit de facteurs premiers, la notion de diviseurs communs et des calculs de volume.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
Sujet et correction du brevet de mathématiques
Amérique du Nord juin 2022
Le sujet de brevet mathématiques Amériques du Nord de juin 2022 proposait aux élèves 5 exercices indépendants les uns des autres. L’épreuve était notée sur 100 et l’usage de la calculatrice autorisé. Toute trace de recherche même incomplète était prise en compte dans l’évaluation de la copie.
L’exercice 1 propose un problème de géométrie dans lequel il faut utiliser le théorème de Pythagore, le théorème de Thalès et la trigonométrie.
L’exercice 2 est un questionnaire à choix multiple.
L’exercice 3 traite des statistiques (moyenne, étendue, médiane).
L’exercice 4 revient sur la notion d’algorithmique (Scratch).
L’exercice 5 est composé d’un programme de calcul que l’on va associer à une expression littérale.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
L’exercice 1 regroupe deux questions de statistiques (étendu et moyenne), une question de tableur et une question de pourcentages.
L’exercice 2 traite des notions du programme de mathématiques telles que la décomposition d’un nombre en produit de facteurs premiers, la recherche de diviseurs communs à deux nombres et le théorème de Thalès.
L’exercice 3 est un QCM sur les probabilités et les transformations.
Dans l’exercice 4, un script Scratch est associé à un programme de calcul. On y retrouve des questions de calcul littéral et de résolution d’équations.
Enfin, dans le dernier exercice de ce sujet de brevet de mathématiques, on retrouve le théorème de Pythagore et des calculs d’aires et de volumes.
Sujet et correction brevet blanc mathématiques mai 2021
Le sujet de brevet mathématiques de mai 2021 proposait aux élèves du collège 6 exercices indépendants les uns des autres. L’épreuve était notée sur 100 et l’usage de la calculatrice autorisé. Toute trace de recherche même incomplète était prise en compte dans l’évaluation de la copie.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
Sujet et correction brevet blanc de mathématiques janvier 2021
Le sujet de brevet mathématiques de janvier 2021 proposait aux élèves du collège 6 exercices traitant de différents chapitres vus depuis le début de l’année de 3ème :
Tout d’abord, l’exercice 1 est un problème de partage utilisant la notion de décomposition de nombres en produits de facteurs premiers ;
Ensuite, l’exercice 2 propose des calculs de volumes ;
l’exercice 3 traite des données statistiques ;
Après cela, l’exercice 4 est un programme de calcul que l’on associe à une expression littérale ;
l’exercice 5 traite de la notion de fonctions ;
Enfin, l’exercice 6 est une application de la proportionnalité à des calculs de vitesses, de durées et de distances.
Ci-dessous, retrouvez au format pdf à télécharger librement :
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