MATHÉMATIQUES 3E SECONDAIRE ETAPE 1 La loi des exposants et Les nombres réels Les fonctions NOM : ____________________________________________ gr. : _______ Document réalisé par : Mireille Lessard, Polyvalente Deux-Montagnes Nathalie Plante, École secondaire St-Gabriel Table des matières 1. Lois des exposants et les nombres réels Activité d’exploration……………………………………………………………………….4 1.1 Les lois des exposants…………………………………………………………………….6 1.2 La notation scientifique……………………………………………………………….….10 Consolidation………………………………………………………………………….…..19 Évaluation CD2 : 1.3 Les ensembles de nombres……………………………………………………………...22 1.4 Le cube et la racine cubique……………………………………………………………..29 1.5 Les exposants fractionnaires…………………………………………………………….30 1.6 Autres lois des exposants………………………………………………………...……...32 Consolidation……………………………………………………………………………...35 Évaluation CD2 : Évaluation CD1 en équipe : 2. Les fonctions 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Retour sur les relations ( 2e secondaire)…………………………………………….. 39 Les variables dépendantes et indépendantes…………………………………….….41 Les types de variables…………………………………………………………………..42 Les modes de représentations d’une relation………………………………….……..46 Les fonctions……………………………………………………………………………..52 La relation réciproque…………………………………………………………………...54 La notation fonctionnelle………………………………………………………….…….57 Les propriétés d’une fonction…………………………………………………….…….60 Évaluation CD2 : Évaluation CD1 en équipe : Évaluation CD1 : 3 Activité d’exploration - Propriétés des exposants Rappel : • 5 + 5 = _____ x 5 • 5 + 5 + 5 = _____ x 5 • 5 + 5 + 5 + 5 = _______ x 5 Si on additionne le nombre 5 « n » fois, on peut écrire que 5 + 5 + … + 5 = ______ =_______ n fois Lorsque l’on additionne des nombres identiques, c’est comme multiplier ce chiffre par le nombre de fois qu’on l’additionne. La notation exponentielle correspond à l’opération d’exponentiation. Cette dernière consiste à affecter une base d’un exposant afin d’obtenir une puissance. (base)exposant = puissance m Ex. : a , a se nomme la ________________ et m se nomme _____________________. PREMIÈRE PROPRIÉTÉ 1. Exprime les produits suivants en utilisant la notation exponentielle. a) 7 x 7 = ________ b) 2 x 2 x 2 = ________ c) 5 x 5 x 5 x 5 = __________ x x x x x = __________ On remarque que _________________ indique le nombre de fois par lequel la d) ______________ est multipliée par elle-même. 2. Exprime les produits suivants en utilisant la notation exponentielle. a) 42 x 43 = (4 x 4) x (4 x 4 x 4) = _________________ b) 53 x 54 = ______________________________ = _________________ c) 2 x 25 = ______________________________ = _________________ d) y2 x y3 = ______________________________ = _________________ On remarque que lorsque les nombres multipliés ont la même ____________, on peut ________________________ les exposants et la base ne __________________ pas. On peut donc écrire que : am an 4 DEUXIÈME PROPRIÉTÉ Exprime les divisions suivantes en utilisant la notation exponentielle. 444 44 a) 43 42 b) 56 _____________________ = __________ 53 c) 35 _____________________ = __________ 3 d) x6 _____________________ = __________ x4 = __________ On remarque que lorsque les nombres divisés ont la même ____________, on peut ________________________ les exposants et la base ne __________________ pas. On peut donc écrire que : am n a TROISIÈME PROPRIÉTÉ Exprime les multiplications suivantes en utilisant la notation exponentielle. a) (42)3 = 42 x 42 x 42 = _____________ b) (53)4 = = _____________ c) (34)2 = = _____________ 5 6 d) (y ) = = _____________ On remarque que quand une ____________ est affectée de plusieurs ____________________, on doit ________________________ les exposants et la base ne __________________ pas. a m n On peut donc écrire que : = QUATRIÈME PROPRIÉTÉ a) Calcule 52 ______________ = ______ 55 b) Si tu utilises la 2e propriété : 52 55 = ___________________ En utilisant les réponses précédentes, on déduit que : On peut donc écrire que : am = _______ = _______ Ex. : 10-1 = 5 10-2 = CHAPITRE 1 – LES LOIS DES EXPOSANTS 1.1 Les lois des exposants Rappel : Notation exponentielle Notation décimale 2 4 2 -4 (-4) 2 3 2 3 -2 (-2) 3 0 7 -3 2 -2 5 Voici des lois qui facilitent le calcul d’expressions comprenant des exposants. Ces lois s’appliquent aussi aux exposants négatifs. Exemple Loi Produit de puissances de même base Le résultat est la base affectée de la somme des exposants 1. des puissances. 2. 10-3 x 107 = am an = am + n 3. Quotient de puissances de même base Le résultat est la base affectée de la différence des exposants des puissances (exposant du dividende moins exposant du diviseur). am an = am – n 53 a≠0 y2 • y4 = 1. 65 ÷ 63 = 2. 10 9 10 4 x4 3. x5 6 54 = Puissance d’une puissance Le résultat est la base affectée du produit des exposants. (a m )n = a mn 1. (32)3 = 2. (85)2 = 3. (x4)2 Puissance avec exposant négatif Le résultat est l’inverse de la base affectée de l’opposé de l’exposant. a m 1 am 1. 2-3 = 2. x 5 3. 1 5 4 Exercices 1. Exprime chaque résultat par une base affectée d’un seul exposant. a) 5-2 57 : b) 39 33 : d) 105 1011 : e) 10-3 106 100: c) 2-2 2-12 24 : ______ f) g) (-5)3 (-5)-2: 8 h) 1 5 1 : 2 2 (-3)2 (-3)5: 2. Simplifie en utilisant la loi des exposants sur le produit de 2 puissances de même base. a) x5 x3 : d) m 4 m 2 m3 : g) a 0 b 4 a 3b 2 : b) a a : e) x5 y x 2 y 2 : h) xy x y c) a5 a3 a 2 : f) x p xr : i) xy y 2 x 3 :__________ a 2b 3 : ab 2 2 3 4 : 3. Calcule les quotients suivants. a) 23 : 2 d) x5 : x7 g) b) 56 : 53 e) m4n2 : m5n h) 52 x 3 y 5 : 5 xy 4 c) 72 : 75 f) x4 x : i) 7 2 m 4 n10 :__________ 7 6 m 3 n10 4. Simplifie les expressions suivantes. 3 a) d) 24 : b) 34 : e) c) 10 : f) 2 3 5 : x : g) 6 0 h) 3 2 7 : i) 2 3 7 x : _____ ___ a : ___ xy x y :__________ 5 3 2 2 2 3 3 4 2 5. Simplifie les expressions suivantes. 3 a) c) m4 : a5 a 3 2 1 e) : m : m a b a 4 3 __________ 2 3 b) 10 : 5 3 2 d) m m m : 4 2 2 5 3 2 f) _______________ 4 2 5 2 2 5 : __________ Attention! Lorsqu’on te demande de simplifier une expression, tu dois exprimer les bases de l’expression à l’aide de nombres premiers puis appliquer les lois des exposants. Ex. 1 : 273 = Ex. 2 : 32 x 2-3 x 64 = Rappel : Un nombre premier est un nombre entier qui se divise par 1 et par lui-même. Les nombres premiers sont : 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, … 6. Détermine la base. (?) a) ? 3 = 8 _________ 1 27 b) ? 3 c) ? 4 81 d) ? 2 16 g) ? 2 e) ? 1 7 h) ? 1 f) ? 3 0,001 i) 1 9 1 5 4 ? 2 _________ 9 7. Simplifie les expressions suivantes. Assure-toi que la base est un nombre premier! a) 84 = d) 32 2 = 4 b) 253 = e) 125 = 5 2 c) 27-2 = f) 95 = 812 8. Vrai ou faux ? Si l’énoncé est faux, justifie ta réponse. a) (-2)2 = -22 : b) (55)2 = 525 : c) 89 = 83 : 3 8 d) (72)5 = 77 : 8 9. Complète les énoncés suivants. a) 125 est la puissance de 5. b) 49 est la 2e puissance de c) 169 est la . puissance de 13. est la 3e puissance de 12. d) e) ______ est la 5e puissance de 5. 10. Quel est le signe de chacune des expressions suivantes ? a) (-3)4 b) -17 c) (-5)8 d) - (-4)6 e) (((-1)3)4)5 11. Exprime chaque résultat comme une puissance de 2 ou une puissance de 3. a) 2 4 : 5 3 b) 8 2 4 2 2 5 : c) 35 9 2 272 : e) d) 27 3 9 4 f) 81 2 4 2 16 3 : 28 2 5 4 2 : 83 : 12. Écris les nombres suivants comme une puissance de 10. 0,012 10 2 : ___________________ a) 100 000: d) 0,000 01: g) b) 0,001: e) 100 2 : h) 1000 10 5 : c) 100 000 000: f) 100 10 : i) 0,001 3 3 __________ 0.01 :_______________ 2 13. Pour chacune des expressions ci-dessous, exprime les nombres dans la même base, puis réduis l’expression obtenue. 16 x 6 y 2 2 2 x 2 y 4 a) 125 x 253= e) 83 b) 16 2 f) 2 x 2 y 3 4x y = 2 2 2 3 2 6 x 2 y 4 g) 3 2 16 x y 1000 10 8 c) 10 3 d) 9a 2 b 32 a 3b 2 2 1 h) 3a b 9 9a 2 1 2 2 b 1.2 La notation scientifique La notation scientifique est universelle. Utilisée surtout en sciences, cette notation facilite la lecture, l’écriture et la comparaison de très ______________ et de très ____________ __________________. On l’utilise seulement pour les nombres positifs, puisqu’elle ne sert que dans les contextes de mesure. Écrire un nombre en notation scientifique, par exemple 3 050 000, c’est le décomposer en _______________ facteurs. Premier facteur (appelé « _____________________ ») Deuxième facteur Nombre décimal supérieur ou égal à 1, mais inférieur à 10, formé de chiffres significatifs. 3,05 X 106 Premier chiffre significatif non nul ►Si le nombre initial est supérieur à 1, l’exposant est ___________________. Autres chiffres significatifs conservés ►Si le nombre initial est compris entre 0 et 1, l’exposant est ___________________. Les préfixes du système international d’unités (SI) sont souvent employés pour abréger l’écriture des nombres. Le tableau suivant présente les préfixes les plus courants. n 10 Nombre décimal Étymologie note 2 téra T Billion du grec τέρας, teras, « monstre ». 9 giga G Milliard du grec γίγας, gigas, « géant ». 6 méga M Million du grec μέγας, megas, « grand ». 3 kilo k Millier 1 000 du grec χίλιοι, chilioi, « mille ». 2 hecto h Cent 100 du grec ἑκατόν, hekaton, « cent ». 1 déca da Dix 10 du grec δέκα deka, « dix » 0 (aucun) (aucun) Unité 1 (aucune) déci d Dixième 1/10 = 0,1 du latin decimus, « dixième ». centi c Centième 1/100 = 0,01 du latin centus, « cent ». milli m Millième 1/1 000 = 0,001 du latin mille, « un millier ». micro µ Millionième du grec μικρός, mikros, « petit ». nano n Milliardième du grec νάνος, nanos, « nain ». pico p Billionième de l'italien piccolo, « petit ». 10 10 10 10 10 10 −1 10 −2 10 −3 10 −6 10 −9 10 −12 10 Nom 12 10 À savoir! Préfixe Symbole français Les autres : enrichissement 10 De la notation décimale vers la notation scientifique Exemple 1: ≤ mantisse 3 3245,28 = 3, 24528 10 3 L’exposant représente le nombre de _____________________ entre la « ____________________ » et « ___________________ » virgule. L’exposant est _________________ parce que le nombre au départ est _________________________. Exemple 2 : ≤ mantisse L’exposant représente le nombre de 0,000 023 = 2,310 -5 _____________________ entre la « ____________________ » et « ___________________ » virgule. 5 L’exposant est _________________ parce que le nombre au départ est compris entre _________________. Notation scientifique vers notation décimale 11 De la notation scientifique vers la notation décimale Exemple 1: 1,25 10 6 = 1250000 On déplace la virgule vers la 6 représente le nombre de __________________ ___________________ auxquelles la virgule doit parce que l’exposant est ___________________. ____________________. Exemple 2: 4,32 10 -4 4 représente le nombre de = 0,0 0 0 4 3 2 On déplace la virgule vers la __________________ ___________________ auxquelles la virgule doit parce que l’exposant est __________________. ____________________. EXERCICES 14. Exprime les nombres suivants à l’aide de la notation décimale. a) 1,3 106 : d) 2 102 : b) 9,125 1012 : e) 5,775 7 10-10 : c) 6,9 10-3 : f) 6,452 10-4 : 15. Exprime, à l’aide de la notation scientifique, les nombres suivants : a) 43 100 000 : d) 0,000 000 000 019 : b) 9 milliards : e) 275: c) 0,000 399 : f) 12 34 600: 16. Place les nombres suivants en ordre croissant. A B 2,9 10 -3 C -1,3 10 2 D 9,07 10 5 E 6,75 10 F -4,5 10 5 -3 9,99 10 -21 17. Exprime les nombres suivants en notation scientifique. a) 123,567 89 : d) 0,00013 : b) -0,000 000 000 345 : e) 1 350 000 : c) 34 627 319,214 5 : f) -27 : 18. Exprime les nombres suivants à l’aide de la notation décimale. a) 6,854 10: 0 e) 1,4 10: 7 :5 b) 5,698 541 2 10 f) 3,56 10:8 c) 7,4501 10: 8 g) 6,203 10:9 h) 1,0101 10:10 - d) 1,08 10: 5 19. Écris chacune des mesures suivantes en mètres à l’aide de la notation scientifique. c) La grand-mère d’Emma a une assiette plaquée d’une couche de 8 µm d’or. a) Le littoral du Canada est le plus long du monde : il mesure environ 91 000 km. ________________ __________________ b) On estime que le diamètre de l’Univers est de d) Un acarien mesure environ 0,06 mm de longueur. 800 000 000 000 000 000 000 000 km. _________________ ___________________ 20. Associe chacun des contextes ci-dessous à la mesure appropriée. a) Le nombre de sièges dans le Stade olympique de Montréal 4,5 x 108 5 x 104 b) La population mondiale c) L’âge, en secondes, d’une ou d’un élève de 3e secondaire d) La distance, en mètres, entre Montréal et Québec e) La longueur d’un marathon, en mètres 7 x 109 2,5 x 105 4,22 x 104 13 21. Exprime les nombres suivants à l’aide de la notation décimale. a) 4,8 102 = - b) 2 10 2 = c) 3,5 10 = 3 - ________________ d) 7,32 10 3 = ________________ e ) 4 10 6 = _______________ ________________ f) 5 10 = _______________ - 6 _______________ 22. Exprime les nombres suivants en notation scientifique. a) 56,35 = d) 7 594 300 = b) 0,369 = e) 56 921 = c) 52 640 000 = f) 0,000 = 12 23. Observe les nombres suivants et leurs unités. a) Écris les nombres suivants sous la forme décimale en utilisant l’unité de mesure indiquée. b) Exprime en notation scientifique le nombre obtenu en a). 1) 0,002 435 gigamètre a) ______________ mètres b) ______________ mètres 2) 82 300 microsecondes a) ______________ seconde b) ______________ seconde 3) 0,000 42 kilomètre a) ______________ mètre b) ______________ mètre -2 4) 4051,2 10 litres 5) 0,042 37 10 octets 4 b) ______________ litres L’octet s’utilise en électronique pour mesurer la capacité de mémorisation. a) ______________ octets Un octet correspond à la mémorisation d’un caractère (lettre, chiffre, etc.). a) ______________ litres b) ______________ octets 24. Dans chaque cas ci-dessous, donne la réponse en notation scientifique, puis arrondis à l’unité. a) Un podomètre sert à calculer le nombre de pas effectués par une personne. Le podomètre de Marie l’informe qu’elle a fait 5760 pas dans une journée. Dans 50 ans, combien de pas Marie aura-t-elle faits si elle conserve le même rythme chaque jour? b) À quelle fraction d’une année une seconde correspond-elle? 14 15 Les calculs avec des nombres exprimés en notation scientifique La notation scientifique facilite le calcul d’expressions qui comprennent de très grands nombres et de très petits nombres. Voici les étapes de la multiplication de 2,5 x 108 et 4,8 x 105. Par commutativité de la multiplication, regrouper les mantisses ensemble et les puissances de 10 ensemble. Par associativité de la multiplication, calculer le produit des mantisses et des puissances de 10. Exprimer le résultat en notation scientifique. On procède de façon similaire pour calculer le quotient de deux nombres exprimés en notation scientifique. Voici les étapes de la division de 2,7 x 1012 et 3 x 10 4. Par associativité, regrouper les mantisses ensemble et les puissances de 10 ensemble. Calculer le quotient des mantisses et des puissances de 10. Exprimer le résultat en notation scientifique. EXERCICES 25. Effectue les opérations suivantes et note chaque résultat en notation scientifique. a) 4,6 10 5 2 d) 7,11 10 32 8,9 10 32 e) 4 105 2 105 1,1103 b) 3 10 3 2 103 f) 2000 8,3 10 32 c) 3,6 1014 1,2 10 4 8 10 2 g) 1,6 10 4 15 16 26. Transforme les nombres en notation scientifique arrondis à l’unité puis calcule le produit ou le quotient. a) 6 397 217 62 943 602 = b) 0,000 823 2 000 001 = c) 8 434 684 926 24 000 456 = d) 0,046 7 946 732 916 = 27. Effectue les multiplications suivantes et écris les réponses sous la forme d’une puissance de 10. 1 10 10 100 000 000 000 10 10 000 1 10 000 000 0,001 28. a) Écris en notations scientifiques les produits suivants. 1 010,8 10-4 = 23 102 = 0,96 103 = 500,7 10-7 = 135 000 10-4 = 90 10-4 = b) Effectue les opérations suivantes et note chaque résultat en notation scientifique. i) 120 10 5 1,2 10 3 ii) 7,1 10 32 8,52 1012 16 17 100 29. Le corps humain compte environ 6 x 1013 cellules. Parmi ces cellules, environ 200 000 000 se renouvellent chaque jour. a) Exprime en notation scientifique le nombre de cellules se renouvelant chaque jour. b) Trouve le rapport de cellules se renouvelant chaque jour. 30. La surface totale de la Terre est de 5,1 × 108 km2. La proportion d’eau sur cette surface est de 70 %. Exprime en notation scientifique la surface d’eau, en kilomètres carrés, recouvrant la Terre. 31. La vitesse moyenne d’un avion est d’environ 1,2 × 106 m/h. Combien de kilomètres cet avion pourrait-il parcourir en 9 heures 45 minutes ? 32. En 1957, la petite chienne russe Laïka fut le premier être vivant envoyé en orbitre autour de la Terre. Elle fit 132 fois le tour du globe. Sachant que le diamètre de la Terre est de 12 758 km et que Laïka se trouvait à 1600 km de la surface, détermine la distance qu’elle a parcourue. Donne ta réponse en notation scientifique, puis arrondis à l’unité. 17 18 Voici comment on additionne ou on soustrait des nombres exprimés en notation scientifique. Observation 5000 + 400 = Exemple 8 1020 5400 6 1017 = + Pour additionner ou soustraire, les bases 10 doivent avoir le même exposant. Truc : Prends le plus grand! EXERCICES 33. Effectue les opérations suivantes. a) 2,5 1012 + 3 1011 = b) 8, 4 107 + 5 101 = c) 5 10-6 + 6 10-6 = – – – e) 7,5 × 10 2 + 7,5 × 10 3 + 7,5 × 10 4 = f) 3,0 × 105 – 4,3 × 102 – 8,5 × 101 = g) 1,26 × 106 – 3,87 × 102 + 5,7 × 103 = – d) 9,0 × 10 1 + 2,7 × 105 – 3,24 × 103 = h) 9,85 105 + 5 104 + 4 10 2 = 34. Exprime, si possible, les expressions suivantes sous la forme d’une base affectée d’un seul exposant. a) 35 81 33 c) 27 b) 5 2 5 125 5 d) 12 7 4 3 5 18 19 1 2 3 0 32 = 3 2 49 = 7 Consolidation 1. Exprime les mesures suivantes en notation scientifique. Arrondis tes réponses au centième près. a) 50 450 000 m = d) 0,035 × 106 cm = b) 0,000 027 s = e) 5 600 × 10 7 g = c) 1 268 090 000 kg = f) 0,002 35 × 10 $ = - -8 2. Calcule la valeur de w pour chacune des égalités suivantes. a) 4w × 46 = 412 c) 2 5–2 = b) 9w ÷ 92 = 98 d) 2 5w 6 = 6w 6 3 3. Effectue les opérations suivantes et exprime le résultat à l’aide de la notation scientifique. a) (6 × 10–6) • (3,1 × 10–9) = 4,2 10 610 = 2 b) 12 9 c) (8,06 × 1015) – (2,15 × 1014) = 7 10 d) 4,05 × 10 + 9,25 × 10 = 4. Simplifie les expressions suivantes. Les valeurs numériques doivent être sous forme d’une base affectée d’un exposant positif. a) 27 × 93 × 3–10 = 125 b) 25 2 = 100 10000 10 c) = 4 10 d) (x2)6 ∙ (x–3 )2 = e) 3a 2 b 1 2 2 2 2 a 2b 4 f) 2 8a b 19 21 5. On estime qu’un cœur bat en moyenne 72 fois par minute. Calcule le nombre total de battements de cœur après 90 ans. Donne ta réponse en notation scientifique. 6. La mémoire du nouveau lecteur MP3 d’Antoine a une capacité de 3 gigaoctets. Si une chanson occupe en moyenne 1,5 mégaoctet d’espace mémoire, combien Antoine peut-il en télécharger dans son lecteur? 7. Voici la liste des 10 plus hauts gratte-ciel du monde. Classifie ces données en ordre décroissant dans le tableau et exprime les hauteurs en mètres de façon à pouvoir les comparer. Gratte-ciel Empire State Building, New York, ÉtatsUnis Hauteur 11 3,81 × 10 2 Classement nm = 2 Sears Tower, Chicago, États-Unis (3 × 7 ) m = Petronas Twin Towers 1 et 2, Kuala Lumpur, Malaisie 4,1 × 10 Taipei 101, Taipei, Taiwan 89 915 392 3 m = La tour Burj Dubai, Dubai, Émirats arabes unis 3 × 7 × 10 Two International Finance Center, HongKong, Chine 4,12 × 10 m = Citic Plaza, Guangzhou (Canton), Chine 152 881 2 m = Shun Hing Square, Shenzhen, Chine (6 × 4 ) m = Jin Mao Tower, Shanghai, Chine 4,21 × 10 µm = Central Plaza, Hong-Kong, Chine 37,4 dam = –7 Gm = 1 –2 2 km = 2 1 3 8 8. a) La Lune est située à environ 384 402 000 m de la Terre. Combien de fois les 25 millions de kilomètres de câbles à fibres optiques sur Terre pourraient-ils relier celle-ci à la Lune ? b) Si la Terre était reliée à la Lune par des câbles à fibres optiques, on pourrait y envoyer des courriers électroniques. Combien de secondes seraient nécessaires pour expédier un courrier électronique sur la Lune à la vitesse de la lumière, soit 3 x 105 km/s ? 22 20 9. Il y a environ 2,45 x 104 km d’autoroutes au Canada et la population canadienne est environ 3,1 x 107 habitants. Serait-il possible de former, avec tous les habitants du Canada, une chaîne humaine qui s’étendrait sur toutes les autoroutes de Canada ? En estimant qu’un habitant mesure1m de largeur d’une main à l’autre. 10. SITUATION : LE LIEVRE ET LA TORTUE Sergio, un enseignant de mathématique, s’inspire de la fable de La Fontaine Le lièvre et la tortue pour rédiger un problème à l’intention de ses élèves. La vitesse maximale à laquelle peut se déplacer une tortue est environ de 6,94 × 10-2 m/s et la vitesse maximale que peut atteindre un lièvre est de 70 km/h. On suppose qu’un lièvre et une tortue courent sans arrêt, à leur vitesse maximale, sur la circonférence de la Terre, à l’équateur. Le rayon de la Terre est de 6,378 × 103 km. Quelle distance (en kilomètres) aura parcourue la tortue lorsque le lièvre terminera son premier tour de la Terre ? Donne ta réponse en notation scientifique Signature d’un parent :__________________________________________ 23 Le document doit être complété p.4 à 21 avant l’évaluation et le travail doit être de « qualité ». 21