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Cours — Mathématiques

Nombres et calculs

Les identités remarquables

Les identités remarquables sont des raccourcis de calcul magiques pour développer et factoriser en un clin d'œil sans faire toutes les étapes :

  • $(a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2$   (carré d'une somme)
  • $(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$   (carré d'une différence)
  • $(a + b)(a - b) = a^2 - b^2$   (produit d'une somme par une différence)
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L'astuce mémo du double produit ($2ab$) : N'oublie jamais le terme du milieu dans $(a+b)^2$ ! Ce n'est PAS $a^2 + b^2$, il y a toujours le double produit $2 \times a \times b$.

📝
Exemples Brevet :
• $(x + 3)^2 = x^2 + 2 \times x \times 3 + 3^2 = x^2 + 6x + 9$.
• $(x - 4)(x + 4) = x^2 - 4^2 = x^2 - 16$.

Les racines carrées

La racine carrée d'un nombre positif $a$, notée $\sqrt{a}$, est le nombre positif dont le carré donne $a$.

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L'analogie de l'arbre et de sa graine : Si le carré fait grandir le nombre ($7^2 = 49$), la racine carrée revient à la graine d'origine ($\sqrt{49} = 7$) !

Règles de calcul indispensables :

  • $\sqrt{a \times b} = \sqrt{a} \times \sqrt{b}$. Ex : $\sqrt{2} \times \sqrt{8} = \sqrt{16} = 4$.
  • $\sqrt{\frac{a}{b}} = \frac{\sqrt{a}}{\sqrt{b}}$. Ex : $\sqrt{\frac{9}{25}} = \frac{3}{5}$.
  • ⚠️ Attention au piège classique : $\sqrt{a + b} \neq \sqrt{a} + \sqrt{b}$ (ex : $\sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5$, alors que $\sqrt{9} + \sqrt{16} = 3 + 4 = 7$).
📝
Racines parfaites à connaître par cœur : $\sqrt{1}=1, \sqrt{4}=2, \sqrt{9}=3, \sqrt{16}=4, \sqrt{25}=5, \sqrt{36}=6, \sqrt{49}=7, \sqrt{64}=8, \sqrt{81}=9, \sqrt{100}=10, \sqrt{121}=11, \sqrt{144}=12$.

Équations et inéquations du premier degré

Pour résoudre une équation ou inéquation du 1er degré, on isole l'inconnue $x$ d'un côté de l'égalité.

⚠️

L'unique piège des inéquations : Si tu multiplies ou divises les deux côtés par un nombre NÉGATIF, le crocodile change de sens ! ($<$ devient $>$).

Exemples résolus :

  • Équation : $3x - 5 = 10 \rightarrow 3x = 15 \rightarrow x = 15 \div 3 = 5$.
  • Inéquation standard : $2x + 3 < 9 \rightarrow 2x < 6 \rightarrow x < 3$.
  • Inéquation avec division négative : $-2x \le 8 \rightarrow x \ge \frac{8}{-2} \rightarrow x \ge -4$.
📝
Équation produit-nul : $(x - 3)(2x + 4) = 0 \rightarrow x - 3 = 0$ ou $2x + 4 = 0$, soit $x = 3$ ou $x = -2$.

Puissances et notation scientifique

La notation scientifique permet d'écrire de manière très compacte les distances intergalactiques ou la taille des atomes.

$a \times 10^n$   avec   $1 \le a < 10$

Le nombre $a$ doit impérativement avoir un seul chiffre avant la virgule (et différent de 0).

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L'astuce pour compter l'exposant : Compte de combien de rangs tu déplaces la virgule ! Vers la gauche = exposant positif ($45\,000 = 4,5 \times 10^4$). Vers la droite = exposant négatif ($0,0032 = 3,2 \times 10^{-3}$).

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Exemple concret : La distance Terre-Soleil (150 millions de km) s'écrit $1,5 \times 10^8\text{ km}$.

Géométrie

Le théorème de Thalès

Le théorème de Thalès s'applique lorsque deux droites sécantes sont coupées par deux droites parallèles (configuration emboîtée ou en papillon/sablier).

Il permet de calculer des longueurs grâce à l'égalité des rapports de proportionnalité :

$\frac{AD}{AB} = \frac{AE}{AC} = \frac{DE}{BC}$

🧠

Astuce mémo d'alignement : Les petits côtés sont toujours au-dessus des grands, dans le même ordre des deux côtés : « Petit côté ÷ Grand côté = Petit côté ÷ Grand côté » — on ne mélange jamais !

📝
Exemple Brevet : Si $AD = 3\text{ cm}, AB = 9\text{ cm}$ et $AE = 4\text{ cm}$ :
$AC = \frac{AE \times AB}{AD} = \frac{4 \times 9}{3} = 12\text{ cm}$ (le grand triangle est 3 fois plus grand que le petit).
ABCDE(DE) parallèle à (BC) : AD/AB = AE/AC = DE/BC

La trigonométrie : sinus, cosinus, tangente

Dans un triangle rectangle, la trigonométrie permet de calculer n'importe quelle longueur ou angle à partir des 3 rapports fondamentaux :

  • $\sin(\text{angle}) = \frac{\text{côté opposé}}{\text{hypoténuse}}$
  • $\cos(\text{angle}) = \frac{\text{côté adjacent}}{\text{hypoténuse}}$
  • $\tan(\text{angle}) = \frac{\text{côté opposé}}{\text{côté adjacent}}$
🛶

Le mot magique légendaire : SOH-CAH-TOA
• SOH : Sinus = Opposé ÷ Hypoténuse
• CAH : Cosinus = Adjacent ÷ Hypoténuse
• TOA : Tangente = Opposé ÷ Adjacent

📝
Exemple : Dans un triangle rectangle d'angle 30° et d'hypoténuse 10 cm : $\text{côté opposé} = 10 \times \sin(30°) = 10 \times 0,5 = 5\text{ cm}$.
angleopposéadjacenthypoténusesin = opp/hyp · cos = adj/hyp · tan = opp/adj

Les rotations

Une rotation fait tourner une figure autour d'un point fixe (le centre) d'un certain angle, dans le sens horaire ou antihoraire.

🎡

L'analogie de la grande roue : Chaque nacelle tourne autour de l'axe central sans jamais changer de taille ni de forme !

Comme toutes les transformations isométriques (symétries, translation), la rotation conserve les longueurs, les angles et les aires.

📝
Exemple : Une rotation de 90° dans le sens des aiguilles d'une montre fait faire un quart de tour parfait à la figure.

Agrandissement et réduction

Lorsqu'on effectue un agrandissement ou une réduction de rapport $k$ :

  • Toutes les longueurs sont multipliées par $k$.
  • Toutes les aires sont multipliées par $k^2$.
  • Tous les volumes sont multipliés par $k^3$.
📐

La règle d'or des dimensions :
• Dimension 1 (longueur) $\rightarrow k^1$
• Dimension 2 (surface) $\rightarrow k^2$
• Dimension 3 (volume) $\rightarrow k^3$

📝
Exemple Brevet : Si une maquette de bateau est à l'échelle $1/10$ ($k = 0,1$), son volume réel est $10^3 = 1\,000$ fois plus grand que celui de la maquette !

Grandeurs et mesures

Volumes de solides : cône, pyramide, boule

Pour calculer les volumes des solides pointus et arrondis au Brevet :

  • Cône de révolution : $V = \frac{1}{3} \times \pi \times r^2 \times h$.
  • Pyramide : $V = \frac{1}{3} \times \text{Aire de la base} \times h$.
  • Boule (sphère) : $V = \frac{4}{3} \times \pi \times r^3$.
🍦

L'astuce mémo des solides pointus : Dès qu'un solide se termine par une pointe (cône ou pyramide), son volume est toujours divisé par 3 ($\frac{1}{3} \times \text{base} \times h$) !

📝
Exemple cône : Rayon $r = 3\text{ cm}$, hauteur $h = 4\text{ cm}$ : $V \approx \frac{1}{3} \times 3,14 \times 9 \times 4 \approx 37,7\text{ cm}^3$.
Cône : V=(1/3)πr²hPyramide : V=(1/3)×base×hBoule : V=(4/3)πr³

Grandeurs composées : vitesse, débit

Une grandeur composée est le résultat de la combinaison de deux unités différentes (par quotient ou par produit) :

  • Vitesse ($km/h$ ou $m/s$) : $\text{Vitesse} = \frac{\text{Distance}}{\text{Temps}}$.
  • Débit ($L/min$ ou $m^3/h$) : $\text{Débit} = \frac{\text{Volume}}{\text{Temps}}$.
  • Énergie électrique ($kWh$) : $\text{Énergie} = \text{Puissance} \times \text{Temps}$.
🚰

L'analogie du robinet qui coule : Un débit de 12 L/min signifie qu'en 5 minutes, le robinet remplit $12 \times 5 = 60\text{ L}$ d'eau.

📝
Conversion $km/h \leftrightarrow m/s$ : Pour passer de $km/h$ à $m/s$, on divise par 3,6 ($90\text{ km/h} = 25\text{ m/s}$).

Pourcentages et évolutions successives

Le taux d'évolution mesure la variation relative d'une quantité entre sa valeur de départ ($V_1$) et sa valeur d'arrivée ($V_2$) :

$\text{Taux} = \frac{V_2 - V_1}{V_1}$

📈

En clair : Taux = (Valeur Finale - Valeur Initiale) ÷ Valeur Initiale. Multiplie par 100 pour l'obtenir en pourcentage !

📝
Exemple : Un prix passe de 200 € à 250 €.
$\text{Taux} = \frac{250 - 200}{200} = \frac{50}{200} = 0,25$, soit une augmentation de +25 %.

Organisation et gestion de données, fonctions

Statistiques : étendue et quartiles

Pour résumer et mesurer la dispersion d'une série de données :

  • L'étendue est l'écart entre le maximum et le minimum : $\text{Étendue} = \text{Max} - \text{Min}$.
  • Le premier quartile ($Q_1$) est la valeur en dessous de laquelle se trouvent au moins 25 % des données.
  • Le troisième quartile ($Q_3$) est la valeur en dessous de laquelle se trouvent au moins 75 % des données.
  • La médiane ($M$) coupe la série pile en deux (50 %).
📊

Astuce mémo : Les quartiles coupent ta classe en 4 tranches égales de 25 %, exactement comme les 4 trimestres de l'année scolaire !

📝
Exemple : Série ordonnée de 8 notes : 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12.
• Étendue $= 12 - 2 = 10$.
• $Q_1 = 4$ ($25\,\%$ des notes $\le 4$).
• $Q_3 = 8$ ($75\,\%$ des notes $\le 8$).

Probabilités : arbres et calculs

Un arbre de probabilités est un schéma en branches qui permet de visualiser pas à pas toutes les issues possibles d'une expérience aléatoire complexe.

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Les 2 règles d'or de l'arbre :
1. Le long d'un chemin (une branche qui se suit), on multiplie les probabilités.
2. La somme des probabilités de toutes les branches partant d'un même point fait toujours 1.

📝
Exemple jeu de cartes : Dans un jeu de 32 cartes (4 rois), la probabilité de tirer un roi est $\frac{4}{32} = \frac{1}{8}$. La probabilité de ne PAS tirer de roi est $1 - \frac{1}{8} = \frac{7}{8}$.

Fonctions linéaires et affines

Il existe deux grandes familles de fonctions à maîtriser au Brevet :

  • Fonction linéaire ($f(x) = a \times x$) : traduit une situation de pure proportionnalité. Sa courbe est une droite qui passe obligatoirement par l'origine $(0,0)$.
  • Fonction affine ($f(x) = a \times x + b$) : sa courbe est une droite qui coupe l'axe vertical en $y = b$ (l'ordonnée à l'origine).
📱

L'analogie du forfait mobile : Un forfait avec abonnement fixe de 10 € ($b$) + 2 € par Go consommé ($a$) correspond à la fonction affine $f(x) = 2x + 10$ !

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Calcul d'image : Pour $f(x) = 3x - 2$, l'image de 4 est $f(4) = 3 \times 4 - 2 = 12 - 2 = 10$.