Ce cours sur les ensembles de nombres pour le Tronc Commun présente N, Z, D, Q et R, les opérations, les racines carrées et les puissances, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie Tronc Commun.
Cours sur les ensembles de nombres Tronc Commun
Les Ensembles de Nombres
N, Z, D, Q, R, opérations, racines carrées, puissances et identités remarquables.
à maîtriser
1Les Ensembles de Nombres
1.1 L’ensemble des entiers naturels (\(\mathbb{N}\))
C’est l’ensemble des nombres entiers positifs ou nuls.
1.2 L’ensemble des entiers relatifs (\(\mathbb{Z}\))
C’est l’ensemble des entiers naturels et de leurs opposés (négatifs).
Tous les entiers naturels sont des entiers relatifs. On dit que \(\mathbb{N}\) est inclus dans \(\mathbb{Z}\) : \(\mathbb{N} \subset \mathbb{Z}\).
1.3 L’ensemble des décimaux (\(\mathbb{D}\))
Ce sont les nombres dits « à virgule » (qui peuvent s’écrire avec un nombre fini de chiffres après la virgule).
On a donc \(\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{D}\).
1.4 L’ensemble des rationnels (\(\mathbb{Q}\))
Ce sont les nombres qui peuvent s’écrire sous forme de fraction \(\frac{p}{q}\) où \(p\) et \(q\) sont des entiers et \(q \neq 0\).
On a donc \(\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{D} \subset \mathbb{Q}\).
1.5 L’ensemble des réels (\(\mathbb{R}\))
Il regroupe tous les nombres utilisés en Seconde : les rationnels et les irrationnels (comme \(\sqrt{2}\) ou \(\pi\)).
2Opérations dans \(\mathbb{R}\)
- Commutativité : \(a + b = b + a\) et \(a \times b = b \times a\)
- Associativité : \((a + b) + c = a + (b + c)\) et \((a \times b) \times c = a \times (b \times c)\)
- Distributivité : \(a \times (b + c) = a \times b + a \times c\)
Règles sur les fractions
3Racine Carrée
- \(\sqrt{a^2} = |a|\) (attention, pas \(a\) si \(a\) est négatif)
- \(\sqrt{a \times b} = \sqrt{a} \times \sqrt{b}\)
- \(\sqrt{\frac{a}{b}} = \frac{\sqrt{a}}{\sqrt{b}}\) (avec \(b > 0\))
- \((\sqrt{a})^2 = a\)
- On multiplie le numérateur et le dénominateur par le conjugué : \(\sqrt{2} + 1\).
- \(A = \frac{1 \times (\sqrt{2} + 1)}{(\sqrt{2} – 1)(\sqrt{2} + 1)}\)
- Le dénominateur devient : \((\sqrt{2})^2 – 1^2 = 2 – 1 = 1\).
- Donc \(A = \frac{\sqrt{2} + 1}{1} = \sqrt{2} + 1\).
4Les Puissances
On a les cas particuliers : \(a^1 = a\) et \(a^0 = 1\) (pour \(a \neq 0\)).
Pour \(a \neq 0\) et \(n \in \mathbb{N}^*\) : \(a^{-n} = \frac{1}{a^n}\).
Exemple : \(593,7 = 5,937 \times 10^2\)
5Identités Remarquables
- On reconnaît la forme \(a^2 – b^2\).
- \(C = (7x)^2 – 9^2\).
- Donc \(C = (7x – 9)(7x + 9)\).
6Exercices corrigés
Cherche d’abord seul(e), puis ouvre la solution pour vérifier.
Compléter par \(\in\) ou \(\notin\) :
1) \(6 \dots \mathbb{Z}\) 2) \(\frac{2}{3} \dots \mathbb{Q}\) 3) \(\sqrt{2} \dots \mathbb{Q}\)
Voir la solution
1) \(6 \in \mathbb{Z}\) (un entier relatif)
2) \(\frac{2}{3} \in \mathbb{Q}\) (une fraction)
3) \(\sqrt{2} \notin \mathbb{Q}\) (c’est un irrationnel)
Écrire sous la forme \(a\sqrt{b}\) :
1) \(\sqrt{50}\) 2) \(\sqrt{72}\) 3) \(\sqrt{12} + \sqrt{75}\)
Voir la solution
1) \(\sqrt{50} = \sqrt{25 \times 2} = 5\sqrt{2}\)
2) \(\sqrt{72} = \sqrt{36 \times 2} = 6\sqrt{2}\)
3) \(\sqrt{12} + \sqrt{75} = \sqrt{4 \times 3} + \sqrt{25 \times 3} = 2\sqrt{3} + 5\sqrt{3} = 7\sqrt{3}\)
Simplifier : \(A = \frac{10^8 \times 10^9 \times 10^7 \times 10^4}{10^2 \times 10^5 \times 10^3}\)
Voir la solution
Au numérateur : \(10^{8+9+7+4} = 10^{28}\).
Au dénominateur : \(10^{2+5+3} = 10^{10}\).
Donc \(A = 10^{28-10} = 10^{18}\).
Factoriser :
1) \(A = 16x^2 – 8x + 1\)
2) \(B = x^3 – 8\)
Voir la solution
1) On reconnaît \((a-b)^2\) avec \(a=4x\) et \(b=1\) :
\(A = (4x)^2 – 2(4x)(1) + 1^2 = (4x – 1)^2\)
2) On reconnaît \(a^3 – b^3\) avec \(a=x\) et \(b=2\) :
\(B = x^3 – 2^3 = (x – 2)(x^2 + 2x + 4)\)
Rendre rationnel le dénominateur : \(E = \frac{5\sqrt{7}}{\sqrt{2} – \sqrt{7}}\)
Voir la solution
On multiplie par le conjugué \(\sqrt{2} + \sqrt{7}\) :
\(E = \frac{5\sqrt{7}(\sqrt{2} + \sqrt{7})}{(\sqrt{2} – \sqrt{7})(\sqrt{2} + \sqrt{7})}\)
Le dénominateur devient : \((\sqrt{2})^2 – (\sqrt{7})^2 = 2 – 7 = -5\).
Le numérateur devient : \(5\sqrt{14} + 5 \times 7 = 5\sqrt{14} + 35\).
Donc \(E = \frac{5\sqrt{14} + 35}{-5} = -\sqrt{14} – 7\).
★Fiche résumé à retenir
- Ensembles : \(\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{D} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}\)
- Rationnels : \(\mathbb{Q} = \{ \frac{p}{q} \mid p \in \mathbb{Z}, q \in \mathbb{N}^* \}\)
- Racine carrée : \(\sqrt{a \times b} = \sqrt{a} \times \sqrt{b}\) et \(\sqrt{a^2} = |a|\).
- Puissances : \(a^m \times a^n = a^{m+n}\) et \((a^m)^n = a^{mn}\).
- Identités : \((a \pm b)^2 = a^2 \pm 2ab + b^2\) et \((a-b)(a+b) = a^2 – b^2\).