Calcul numérique et puissances
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Lecture
4 chapitres
Un parcours éditorialisé et navigable.
Pratique
12 questions
Quiz et cartes mémoire à ouvrir après la lecture.
Objectif
3ème
Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.
Chapitre 1
Nombres relatifs et opérations
Rappels sur les nombres relatifs
Un nombre relatif est un nombre qui possède un signe (+ ou -). Il est composé d'une distance à zéro et d'un signe.
- Exemple : (ou ) et .
- La distance à zéro de est . La distance à zéro de est .
Représentation sur une droite graduée : Les nombres relatifs sont représentés sur une droite orientée. Le point est l'origine. Les nombres positifs sont à droite de , les nombres négatifs sont à gauche.
<-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----->
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
Comparaison de nombres relatifs :
- Entre deux nombres positifs : le plus grand est celui qui a la plus grande distance à zéro. Ex: .
- Entre deux nombres négatifs : le plus grand est celui qui a la plus petite distance à zéro. Ex: .
- Entre un nombre positif et un nombre négatif : le nombre positif est toujours plus grand. Ex: .
- Un nombre négatif est toujours inférieur à .
Addition et soustraction de nombres relatifs
Règle d'addition de deux nombres de même signe :
- On garde le signe commun.
- On additionne leurs distances à zéro.
- Exemples : ; .
Règle d'addition de deux nombres de signes différents :
- On prend le signe du nombre qui a la plus grande distance à zéro.
- On soustrait la plus petite distance à zéro à la plus grande.
- Exemples : (car , le signe est ) ; (car , le signe est ).
Transformer une soustraction en addition : Soustraire un nombre relatif revient à ajouter son opposé.
- L'opposé de est . L'opposé de est .
- Exemple : .
- Exemple : .
- Toute soustraction peut être transformée en addition, ce qui simplifie les calculs.
Multiplication et division de nombres relatifs
Règle des signes pour la multiplication :
- En bref : Si les signes sont identiques, le résultat est positif. Si les signes sont différents, le résultat est négatif.
- Exemples : ; ; .
Règle des signes pour la division : Les mêmes règles des signes s'appliquent pour la division.
- Exemples : ; .
Calculs avec des parenthèses : Les parenthèses indiquent des priorités. Il faut d'abord effectuer les opérations à l'intérieur des parenthèses.
- Exemple : .
Priorités opératoires
L'ordre des opérations est crucial pour obtenir le bon résultat. On utilise l'acronyme PEMDAS (ou PEDMAS en anglais) :
- Parenthèses (et crochets)
- Exposants (ou Puissances)
- Multiplication et Division (de gauche à droite)
- Addition et Soustraction (de gauche à droite)
- Exemple :
- Parenthèses :
- Exposant :
- Multiplication :
- Soustraction :
Calculs avec des fractions : Les règles de priorité s'appliquent aussi aux fractions. Le trait de fraction agit comme une parenthèse pour le numérateur et le dénominateur.
- Exemple : . Il faut calculer le numérateur et le dénominateur séparément avant la division.
Expressions numériques complexes : Il faut bien identifier chaque opération et respecter scrupuleusement l'ordre.
- Une erreur de priorité est une erreur fréquente. Prenez votre temps pour décomposer le calcul.
Chapitre 2
Fractions et calculs
Rappels sur les fractions
Une fraction représente une partie d'un tout ou un quotient. Elle s'écrit , où est le numérateur et est le dénominateur ().
- Le dénominateur indique en combien de parts le tout est divisé.
- Le numérateur indique combien de ces parts sont prises.
- Exemple : signifie 3 parts sur 4.
Fractions égales et simplification : Deux fractions sont égales si elles représentent la même proportion. On peut simplifier une fraction en divisant son numérateur et son dénominateur par un même nombre (leur PGCD).
- Exemple : . La fraction est irréductible.
- Pour simplifier une fraction au maximum, on divise par le plus grand commun diviseur (PGCD) du numérateur et du dénominateur.
Comparaison de fractions :
- Si elles ont le même dénominateur : on compare les numérateurs. Ex: .
- Si elles ont le même numérateur : la plus grande est celle qui a le plus petit dénominateur. Ex: .
- Si elles n'ont ni le même numérateur ni le même dénominateur : il faut les réduire au même dénominateur commun (souvent le PPCM).
- Exemple : Comparer et . Dénominateur commun . et . Donc .
Addition et soustraction de fractions
Mettre au même dénominateur : C'est l'étape essentielle pour additionner ou soustraire des fractions avec des dénominateurs différents. On cherche un multiple commun aux dénominateurs, le plus petit commun multiple (PPCM) est idéal.
- Exemple : Pour , le PPCM de et est .
Addition de fractions :
- Mettre les fractions au même dénominateur.
- Additionner les numérateurs.
- Garder le dénominateur commun.
- Simplifier si possible.
- Exemple : .
Soustraction de fractions :
- Mettre les fractions au même dénominateur.
- Soustraire les numérateurs.
- Garder le dénominateur commun.
- Simplifier si possible.
- Exemple : .
Multiplication et division de fractions
Règle de multiplication des fractions : On multiplie les numérateurs entre eux et les dénominateurs entre eux.
- Exemple : .
- Il n'est pas nécessaire d'avoir le même dénominateur pour la multiplication. On peut simplifier avant de multiplier pour faciliter le calcul. Ex: .
Inverse d'une fraction : L'inverse d'une fraction est (pour ). Le produit d'une fraction par son inverse est .
- Exemple : L'inverse de est . .
Règle de division des fractions : Diviser par une fraction revient à multiplier par son inverse.
- Exemple : .
Problèmes avec les fractions
Calculer une fraction d'une quantité : Pour calculer d'une quantité , on multiplie la fraction par la quantité.
- Exemple : Les de € sont €.
Résoudre des problèmes concrets : Les fractions sont très utilisées dans la vie quotidienne pour partager, comparer des proportions, etc.
- Exemple : Un gâteau est partagé en parts. Si Jean en mange et Marie , quelle fraction du gâteau a été mangée ?
- .
Opérations mixtes avec des fractions : Il faut appliquer les priorités opératoires.
- Exemple :
- Multiplication d'abord :
- Addition ensuite : .
Chapitre 3
Puissances d'un nombre
Définition et notation
Une puissance entière positive est une façon d'écrire une multiplication répétée du même nombre.
- ( fois)
- est la base, est l'exposant.
- Exemple : .
Cas particuliers :
- Exposant 1 : Tout nombre élevé à la puissance est égal à lui-même. . Ex: .
- Exposant 0 : Tout nombre (non nul) élevé à la puissance est égal à . (pour ). Ex: .
- Attention : n'est pas défini.
Puissances de 10
Les puissances de sont très importantes en science et pour l'écriture des grands et petits nombres.
- Définition : et .
- Exemples : ; ; .
- L'exposant indique le nombre de zéros après le 1 pour les puissances positives.
Écriture décimale des puissances de 10 :
- Pour les exposants négatifs, l'exposant indique le rang du 1 après la virgule.
Utilisation dans les grands et petits nombres : Elles permettent d'écrire des nombres très grands ou très petits de manière concise (voir écriture scientifique).
- Distance Terre-Soleil : km.
- Taille d'une bactérie : m.
Opérations sur les puissances
Produit de puissances de même base : Pour multiplier des puissances ayant la même base, on garde la base et on additionne les exposants.
- Exemple : .
Quotient de puissances de même base : Pour diviser des puissances ayant la même base, on garde la base et on soustrait les exposants.
- Exemple : .
Puissance d'une puissance : Pour élever une puissance à une autre puissance, on garde la base et on multiplie les exposants.
- Exemple : .
Puissances d'exposant négatif
Définition d'une puissance d'exposant négatif : Un nombre élevé à une puissance négative est l'inverse de ce nombre élevé à la puissance positive correspondante.
- (pour )
- Exemple : .
- Exemple : .
Lien avec l'inverse : est l'inverse de .
- Exemple : L'inverse de est .
Calculs avec des exposants négatifs : Les règles des opérations sur les puissances s'appliquent aussi aux exposants négatifs.
- Exemple : .
- Exemple : .
Chapitre 4
Écriture scientifique
Principe de l'écriture scientifique
L'écriture scientifique est une manière d'écrire les nombres très grands ou très petits pour les rendre plus lisibles et faciliter les comparaisons.
- Un nombre est écrit en écriture scientifique s'il est de la forme , où :
- est la mantisse : un nombre décimal tel que .
- est un entier relatif (l'ordre de grandeur).
- Exemple : La vitesse de la lumière est environ m/s. En écriture scientifique : m/s.
- Exemple : La masse d'un atome d'hydrogène est environ g. En écriture scientifique : g.
Intérêt de l'écriture scientifique :
- Facilite la lecture.
- Permet de comparer rapidement les ordres de grandeur.
- Simplifie les calculs avec des nombres très grands ou très petits.
Conversion en écriture scientifique
Écrire un nombre positif en écriture scientifique :
- Déplacer la virgule pour que le nombre ait un seul chiffre non nul avant la virgule (ce sera la mantisse).
- Déterminer l'exposant de 10 : Il correspond au nombre de places dont la virgule a été déplacée.
- Si la virgule a été déplacée vers la gauche, l'exposant est positif.
- Si la virgule a été déplacée vers la droite, l'exposant est négatif.
-
Exemple : Convertir .
- Déplacer la virgule : .
- Déplacement de rangs vers la gauche.
- Donc .
-
Exemple : Convertir .
- Déplacer la virgule : .
- Déplacement de rangs vers la droite.
- Donc .
-
La mantisse doit toujours être comprise entre (inclus) et (exclus).
Calculs avec l'écriture scientifique
Multiplication de nombres en écriture scientifique :
- Multiplier les mantisses entre elles.
- Multiplier les puissances de 10 entre elles (en additionnant les exposants).
- Ajuster le résultat si la nouvelle mantisse n'est pas entre et .
- Exemple :
- .
Division de nombres en écriture scientifique :
- Diviser les mantisses.
- Diviser les puissances de 10 (en soustrayant les exposants).
- Ajuster le résultat si nécessaire.
- Exemple :
- .
Addition et soustraction (même ordre de grandeur) : Pour additionner ou soustraire, les nombres doivent avoir le même exposant de . Si ce n'est pas le cas, on doit ajuster un des nombres.
- Exemple : .
- Exemple :
- On convertit en .
- .
Application aux grandeurs physiques
L'écriture scientifique est fondamentale en physique-chimie pour exprimer des mesures et des calculs.
- Unités de mesure et préfixes : Les préfixes comme "kilo" (), "milli" (), "micro" (), "nano" (), "giga" () sont des puissances de .
- Exemple : km m. nm m.
Ordres de grandeur dans l'univers : L'écriture scientifique permet de comparer des échelles très différentes, du microscopique à l'astronomique.
- Diamètre d'un atome : m.
- Rayon de la Terre : m.
- Distance de la Terre à la Lune : m.
- Elle rend intelligibles des nombres que l'on aurait du mal à saisir sous leur forme décimale complète.
Après la lecture
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