Équations et inéquations
Ce que tu dois savoir faire
- Résoudre une équation du premier degré
- Résoudre une équation contenant des fractions en réduisant au même dénominateur
- Mettre un problème en équation : choisir l'inconnue, traduire, résoudre, vérifier
- Résoudre une inéquation du premier degré en maîtrisant le changement de sens
- Écrire l'ensemble des solutions sous forme d'intervalle
- Résoudre en discutant le signe de , et n'oublier aucune des deux solutions
Retrouver le nombre de départ
Voici un programme de calcul :
Choisis un nombre. Multiplie-le par . Retire .
Un élève applique ce programme et obtient .
- Teste avec , puis avec . Que peux-tu en déduire sur le nombre choisi ?
- Remonte le programme à l'envers : quelle opération annule « retirer » ? Et « multiplier par » ?
- Appelle le nombre choisi et écris le programme en une seule ligne.
Le tâtonnement de la question 1 finit parfois par tomber juste. L'écriture de la question 3 tombe juste toujours : c'est tout l'intérêt des équations.
Le piège
On essaie des valeurs jusqu'à tomber juste
On écrit l'équation, puis on la résout
Le tâtonnement échoue dès que la solution n'est pas un petit entier — et il ne prouve jamais qu'il n'y en a pas d'autre.
Résoudre une équation du premier degré
Une équation du premier degré à une inconnue s'écrit, après transformation, sous la forme avec . Elle admet alors une solution et une seule.
Deux transformations sont autorisées, et elles ne changent jamais les solutions :
- ajouter ou retirer le même nombre aux deux membres ;
- multiplier ou diviser les deux membres par un même nombre non nul.
La méthode est toujours la même : on rassemble les d'un côté, les nombres de l'autre, puis on divise par le coefficient de . Et on vérifie — une vérification prend dix secondes et attrape toutes les erreurs de signe.
Le piège
Le terme passe de l'autre côté en changeant de signe : il devient .
L'équation x² = a
Cette équation n'est pas du premier degré, et pourtant elle a sa place ici : elle se résout sans aucune méthode nouvelle, à condition de discuter le signe de .
On considère l'équation , où est un réel donné. Trois cas, et il n'y en a pas d'autre :
- si , elle admet deux solutions, et ;
- si , elle admet une solution, ;
- si , elle n'admet aucune solution.
Le troisième cas est celui qu'on oublie, et c'est le plus important : un carré est toujours positif ou nul, donc rien ne peut avoir un carré négatif.
Le piège
donne .
ou
La solution négative est aussi valable : . Oublier l'opposée fait perdre la moitié des solutions, à chaque fois.
Le piège
donne .
, pas . Un carré ne peut pas être négatif : il faut regarder le signe de avant de prendre une racine.
Le piège
C'est la même erreur vue de l'autre côté. Pour , et non .
Les équations avec des fractions
Face à une équation qui contient des dénominateurs, le premier geste est toujours de les faire disparaître : on multiplie les deux membres par un dénominateur commun.
Deux précautions, et ce sont les deux erreurs qu'on voit le plus :
- il faut multiplier tous les termes, y compris ceux qui n'ont pas de dénominateur, et y compris le membre de droite ;
- quand un numérateur est une somme, il porte une parenthèse invisible : , et non .
Le piège
La barre de fraction joue le rôle d'une parenthèse : tout le numérateur est multiplié.
Mettre un problème en équation
C'est la partie qui fait peur, et elle tient en quatre étapes toujours identiques :
- choisir l'inconnue et l'écrire noir sur blanc : « Soit la largeur, en cm » ;
- exprimer les autres grandeurs en fonction de ;
- traduire l'énoncé par une équation ;
- résoudre, puis revenir à la question posée.
La quatrième étape est celle qu'on oublie. Trouver ne suffit pas : il faut dire ce que vaut , et vérifier que la réponse a un sens dans le problème — une longueur négative n'en a pas.
Le piège
On répond « »
On répond « la largeur mesure cm et la longueur cm »
L'énoncé pose une question sur des dimensions, pas sur . Il faut y revenir explicitement.
Les inéquations
Une inéquation se résout exactement comme une équation, avec une seule exception — mais elle est décisive :
- on peut ajouter ou retirer le même nombre aux deux membres : le sens ne change pas ;
- on peut multiplier ou diviser par un nombre strictement positif : le sens ne change pas ;
- si on multiplie ou divise par un nombre strictement négatif, le sens de l'inégalité s'inverse.
Pour t'en convaincre une fois pour toutes : est vrai. Multiplie par : et . Or . Le sens a bien changé.
Le piège
On a divisé par , qui est négatif : le sens de l'inégalité s'inverse.
Écrire l'ensemble des solutions
Une inéquation n'a presque jamais une seule solution : elle en a un intervalle. La réponse ne se termine donc pas à , mais à l'écriture de cet ensemble.
Les correspondances à connaître :
- donne
- donne
- donne
- donne
Un dernier réflexe utile : tester une valeur de l'intervalle trouvé dans l'inéquation de départ. Si elle ne convient pas, le sens a été inversé quelque part.
Le piège
donne
donne
Le symbole autorise l'égalité : la valeur appartient à l'ensemble, le crochet se ferme.
À retenir
- avec a une solution et une seule : .
- Un terme change de signe quand il change de membre.
- Pour supprimer les dénominateurs, on multiplie tous les termes, des deux côtés.
- Un numérateur qui est une somme porte une parenthèse invisible.
- Multiplier ou diviser une inéquation par un nombre négatif inverse son sens.
- La réponse à une inéquation est un intervalle : ferme le crochet, l'ouvre.
- : deux solutions opposées si , une seule si , aucune si .
- , jamais .