Éducation nationale françaiseMathématiques5ème12 min de lecture

La divisibilité et les nombres premiers

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Lecture

5 chapitres

Un parcours éditorialisé et navigable.

Pratique

12 questions

Quiz et cartes mémoire à ouvrir après la lecture.

Objectif

5ème

Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.

Chapitre 1

Introduction à la divisibilité

Définition de la divisibilité

En mathématiques, la divisibilité est une notion fondamentale. On dit qu'un nombre entier aa est divisible par un nombre entier bb (non nul) si le résultat de la division de aa par bb est un nombre entier, et que le reste de cette division est nul.

C'est ce qu'on appelle la division euclidienne. Si a÷ba \div b donne un quotient entier qq et un reste rr tel que a=b×q+ra = b \times q + r, alors aa est divisible par bb si et seulement si r=0r=0.

Quand aa est divisible par bb, on peut dire :

  • bb est un diviseur de aa.
  • aa est un multiple de bb.
  • aa est divisible par bb.
  • bb divise aa.

Exemple : 12÷3=412 \div 3 = 4 avec un reste de 00. Donc, 1212 est divisible par 33. 33 est un diviseur de 1212. 1212 est un multiple de 33.

Critères de divisibilité (2, 5, 10)

Les critères de divisibilité sont des astuces pour savoir rapidement si un nombre est divisible par un autre sans effectuer la division.

  • Critère de divisibilité par 2 : Un nombre est divisible par 22 s'il est un nombre pair, c'est-à-dire si son chiffre des unités est 0,2,4,60, 2, 4, 6 ou 88. Exemples : 2424 (se termine par 44), 130130 (se termine par 00).

  • Critère de divisibilité par 5 : Un nombre est divisible par 55 si son chiffre des unités est 00 ou 55. Exemples : 3535 (se termine par 55), 210210 (se termine par 00).

  • Critère de divisibilité par 10 : Un nombre est divisible par 1010 si son chiffre des unités est 00. Exemples : 7070 (se termine par 00), 500500 (se termine par 00).

Critères de divisibilité (3, 9)

Ces critères sont basés sur la somme des chiffres du nombre.

  • Critère de divisibilité par 3 : Un nombre est divisible par 33 si la somme de ses chiffres est un multiple de 33. Exemple : Pour 123123. Somme des chiffres : 1+2+3=61+2+3 = 6. Comme 66 est un multiple de 33 (3×2=63 \times 2 = 6), alors 123123 est divisible par 33. (123÷3=41123 \div 3 = 41).

  • Critère de divisibilité par 9 : Un nombre est divisible par 99 si la somme de ses chiffres est un multiple de 99. Exemple : Pour 459459. Somme des chiffres : 4+5+9=184+5+9 = 18. Comme 1818 est un multiple de 99 (9×2=189 \times 2 = 18), alors 459459 est divisible par 99. (459÷9=51459 \div 9 = 51). Attention : Si un nombre est divisible par 99, il est aussi divisible par 33 (car tous les multiples de 99 sont aussi des multiples de 33). L'inverse n'est pas toujours vrai !

Critère de divisibilité (4)

  • Critère de divisibilité par 4 : Un nombre est divisible par 44 si le nombre formé par ses deux derniers chiffres est un multiple de 44. Exemples :
    • Pour 124124. Les deux derniers chiffres forment 2424. 2424 est un multiple de 44 (4×6=244 \times 6 = 24). Donc 124124 est divisible par 44. (124÷4=31124 \div 4 = 31).
    • Pour 300300. Les deux derniers chiffres forment 0000. 0000 est un multiple de 44 (4×0=04 \times 0 = 0). Donc 300300 est divisible par 44. (300÷4=75300 \div 4 = 75).
    • Pour 518518. Les deux derniers chiffres forment 1818. 1818 n'est pas un multiple de 44. Donc 518518 n'est pas divisible par 44.

Chapitre 2

Multiples et diviseurs d'un nombre

Recherche des multiples

Les multiples d'un nombre s'obtiennent en multipliant ce nombre par n'importe quel nombre entier (0,1,2,3,...0, 1, 2, 3, ...). Un nombre a une infinité de multiples.

Pour trouver les multiples d'un nombre, on utilise la table de multiplication ou on continue à ajouter le nombre à lui-même.

Exemple : Multiples de 77 : 7×0=07 \times 0 = 0 7×1=77 \times 1 = 7 7×2=147 \times 2 = 14 7×3=217 \times 3 = 21 7×4=287 \times 4 = 28 ... La liste des multiples de 77 est : {0,7,14,21,28,...}\{0, 7, 14, 21, 28, ...\}.

Recherche des diviseurs

Les diviseurs d'un nombre sont les nombres entiers par lesquels on peut diviser ce nombre pour obtenir un reste nul. Un nombre a un nombre fini de diviseurs.

Pour trouver tous les diviseurs d'un nombre :

  1. On essaie de diviser le nombre par tous les entiers successifs, à partir de 11.
  2. On s'arrête lorsque le quotient devient inférieur au diviseur.
  3. Chaque fois que la division est exacte, le diviseur et le quotient sont des diviseurs du nombre. Ils forment une paire de diviseurs.

Exemple : Recherche des diviseurs de 1818.

  • 18÷1=1818 \div 1 = 18 (donc 11 et 1818 sont des diviseurs)
  • 18÷2=918 \div 2 = 9 (donc 22 et 99 sont des diviseurs)
  • 18÷3=618 \div 3 = 6 (donc 33 et 66 sont des diviseurs)
  • 18÷44,518 \div 4 \approx 4,5 (pas un diviseur)
  • 18÷53,618 \div 5 \approx 3,6 (pas un diviseur)
  • 18÷6=318 \div 6 = 3 (on l'a déjà trouvé, et le quotient 33 est plus petit que le diviseur 66, on peut s'arrêter).

Les diviseurs de 1818 sont : {1,2,3,6,9,18}\{1, 2, 3, 6, 9, 18\}.

Nombres parfaits (introduction)

Un nombre parfait est un nombre entier positif qui est égal à la somme de ses diviseurs propres (c'est-à-dire tous ses diviseurs sauf lui-même). C'est une curiosité mathématique !

Exemple : Le nombre 66. Ses diviseurs sont : 1,2,3,61, 2, 3, 6. Ses diviseurs propres sont : 1,2,31, 2, 3. La somme de ses diviseurs propres : 1+2+3=61 + 2 + 3 = 6. Donc, 66 est un nombre parfait.

Les prochains nombres parfaits sont 2828, 496496, 81288128, etc. Ils sont rares !

Chapitre 3

Nombres premiers

Définition d'un nombre premier

Un nombre premier est un nombre entier naturel qui possède exactement deux diviseurs distincts : 11 et lui-même.

  • 11 n'est pas un nombre premier car il n'a qu'un seul diviseur (lui-même).
  • Tout nombre entier supérieur à 11 qui n'est pas premier est appelé un nombre composé.

Exemples :

  • 22 : diviseurs 1,21, 2. C'est un nombre premier.
  • 33 : diviseurs 1,31, 3. C'est un nombre premier.
  • 44 : diviseurs 1,2,41, 2, 4. Ce n'est PAS un nombre premier (il a 33 diviseurs). C'est un nombre composé.
  • 55 : diviseurs 1,51, 5. C'est un nombre premier.

Liste des premiers nombres premiers

Il est utile de connaître les premiers nombres premiers : 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,...2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, ...

Le nombre 22 est le seul nombre premier pair. Tous les autres nombres premiers sont impairs.

Les nombres premiers sont les "briques de base" de tous les autres nombres entiers par la multiplication.

Méthode pour identifier un nombre premier (crible d'Ératosthène)

Le crible d'Ératosthène est une méthode simple pour trouver tous les nombres premiers jusqu'à une certaine limite.

Voici comment construire une liste de nombres premiers jusqu'à 3030 :

  1. Écris tous les nombres de 22 à 3030 : 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,302, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.
  2. Entoure 22 (c'est le premier nombre premier). Barre tous ses multiples (sauf 22) : 4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,304, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30.
  3. Le premier nombre non barré après 22 est 33. Entoure 33. Barre tous ses multiples (sauf 33) : 6,9,12,15,18,21,24,27,306, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30. (Certains sont déjà barrés).
  4. Le premier nombre non barré après 33 est 55. Entoure 55. Barre tous ses multiples (sauf 55) : 10,15,20,25,3010, 15, 20, 25, 30.
  5. Le premier nombre non barré après 55 est 77. Entoure 77. Barre tous ses multiples (sauf 77) : 14,21,2814, 21, 28.
  6. On peut s'arrêter car le prochain nombre premier (1111) a un carré (121121) qui est supérieur à 3030. En général, on s'arrête quand le nombre premier dont on barre les multiples est supérieur à la racine carrée de la limite (ici 305,47\sqrt{30} \approx 5,47).

Les nombres non barrés sont les nombres premiers : 2,3,5,7,11,13,17,19,23,292, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29.

Chapitre 4

Décomposition en produit de facteurs premiers

Introduction à la décomposition

La décomposition en produit de facteurs premiers consiste à écrire un nombre entier (non premier) comme une multiplication de nombres premiers. Ces nombres premiers sont appelés les facteurs premiers.

Exemple : 12=2×2×3=22×312 = 2 \times 2 \times 3 = 2^2 \times 3. Ici, 22 et 33 sont les facteurs premiers de 1212.

Le Théorème Fondamental de l'Arithmétique stipule que tout nombre entier supérieur à 11 peut être décomposé de manière unique en un produit de facteurs premiers (à l'ordre des facteurs près).

Méthode de décomposition

Pour décomposer un nombre en produit de facteurs premiers, on utilise des divisions successives par les plus petits nombres premiers possibles.

Étapes :

  1. Divise le nombre par le plus petit nombre premier (22) si c'est possible.
  2. Si ce n'est pas possible, essaie le nombre premier suivant (33), puis 55, 77, etc.
  3. Continue jusqu'à obtenir 11 comme quotient.

Exemple : Décomposer 6060 en produit de facteurs premiers.

60 | 2  (60 est divisible par 2)
30 | 2  (30 est divisible par 2)
15 | 3  (15 n'est pas divisible par 2, mais par 3)
 5 | 5  (5 n'est pas divisible par 3, mais par 5)
 1 |    (on a atteint 1, c'est terminé)

Donc, 60=2×2×3×560 = 2 \times 2 \times 3 \times 5. On peut l'écrire sous forme exponentielle : 60=22×3×560 = 2^2 \times 3 \times 5.

On peut aussi visualiser cela avec un arbre de facteurs :

      60
     /  \
    2    30
        /  \
       2    15
           /  \
          3    5

Applications de la décomposition

La décomposition en produit de facteurs premiers est très utile :

  • Simplification de fractions : Pour simplifier une fraction, on décompose le numérateur et le dénominateateur en facteurs premiers, puis on élimine les facteurs communs. Exemple : 1218=2×2×32×3×3=23\frac{12}{18} = \frac{2 \times 2 \times 3}{2 \times 3 \times 3} = \frac{2}{3}.

  • Recherche des diviseurs d'un nombre : Tous les diviseurs d'un nombre peuvent être formés en combinant ses facteurs premiers. Exemple : Pour 12=22×312 = 2^2 \times 3. Les diviseurs sont : 11 (aucun facteur) 22 (212^1) 33 (313^1) 44 (222^2) 66 (21×312^1 \times 3^1) 1212 (22×312^2 \times 3^1)

  • Compréhension des nombres : Elle aide à comprendre la structure multiplicative des nombres.

Chapitre 5

Problèmes et applications

Résolution de problèmes de divisibilité

Les problèmes de divisibilité apparaissent souvent dans des contextes de partage, de groupement ou d'organisation.

Exemple : "Un fleuriste a 4848 roses et 3636 tulipes. Il veut faire des bouquets identiques contenant le même nombre de chaque fleur, sans qu'il en reste. Combien de bouquets peut-il faire au maximum ?" Pour résoudre ce problème, il faut trouver les diviseurs communs à 4848 et 3636. Diviseurs de 4848 : 1,2,3,4,6,8,12,16,24,481, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 48. Diviseurs de 3636 : 1,2,3,4,6,9,12,18,361, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 36. Les diviseurs communs sont 1,2,3,4,6,121, 2, 3, 4, 6, 12. Le nombre maximum de bouquets est 1212. Chaque bouquet contiendra 48÷12=448 \div 12 = 4 roses et 36÷12=336 \div 12 = 3 tulipes.

Utilisation des nombres premiers dans des énigmes

Les nombres premiers sont souvent utilisés dans des énigmes mathématiques ou des jeux de logique. Exemple : "Je suis un nombre premier entre 2020 et 3030. La somme de mes chiffres est 1010. Qui suis-je ?" Listons les nombres premiers entre 2020 et 3030 : 23,2923, 29. Somme des chiffres de 2323: 2+3=52+3=5. Non. Somme des chiffres de 2929: 2+9=112+9=11. Non. Ah ! Il n'y a pas de solution à cette énigme telle quelle. Cela montre qu'il faut bien vérifier les propriétés ! (Si la somme était 55, la réponse serait 2323).

Calcul mental et estimation

La connaissance des critères de divisibilité et des nombres premiers est très utile pour le calcul mental et l'estimation.

  • Pour vérifier rapidement si un nombre est divisible par 2,3,4,5,9,102, 3, 4, 5, 9, 10.
  • Pour simplifier des fractions mentalement.
  • Pour estimer si un grand nombre est "facilement" décomposable ou s'il pourrait être premier.

Cela développe le sens du nombre et aide à mieux comprendre les relations entre les nombres.

Après la lecture

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