Série 2 — La somme et ce qu'on en retire

Sur elev, cette leçon vient avec des exercices corrigés sur le moment, un indice quand votre enfant bloque et le suivi de ses progrès.

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Dix questions au format de l'examen. Lancez le chrono : dix minutes pour la série, une minute par question, le rythme du jour J. Cochez vos dix réponses avant d'ouvrir le moindre corrigé, puis corrigez d'un bloc et comptez vos points sur dix.

Huit ou plus : la série est acquise, passez à la suivante. Six ou sept : relisez le corrigé de chaque erreur et nommez le piège qui vous a eu. Cinq ou moins : revenez au cours de méthode avant de continuer.

Le réflexe de la série : passez des moyennes aux sommes, puis revenez. Un écart entre deux moyennes de deux nombres est un écart double entre leurs sommes ; une moyenne d'ensemble se calcule sur les sommes, jamais sur les moyennes.

Exercices

Exercice 1

Deux frères ont en moyenne 2323 ans. L'aîné a 88 ans de plus que le cadet. Quel âge a l'aîné ?

  1. 2727 ans
  2. 3838 ans
  3. 1919 ans
  4. 3131 ans
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : A 2727 ans

Corrigé :

2×23=462 \times 23 = 46

la somme des deux âges

46+82=27\dfrac{46 + 8}{2} = 27

on ajoute l'écart, puis on partage en deux

27−8=1927 - 8 = 19

vérification : le cadet a 19 ans, et 27 + 19 = 46

La bonne réponse : « 2727 ans ». « 1919 ans » est l'âge du cadet. « 3131 ans » ajoute tout l'écart à la moyenne, 23+823 + 8 : l'aîné n'est qu'à la moitié de l'écart au-dessus de la moyenne. « 3838 ans » retranche l'écart à la somme, 46−846 - 8, sans diviser par 22.

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Exercice 2

Le prix moyen d'un livre et d'un cahier est égal à quatre fois le prix du cahier. Le cahier coûte 99 ₪. Combien coûte le livre ?

  1. 7272 ₪
  2. 2727 ₪
  3. 6363 ₪
  4. 4545 ₪
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C 6363 ₪

Corrigé :

4×9=364 \times 9 = 36

le prix moyen des deux articles

2×36=722 \times 36 = 72

le prix des deux articles ensemble

72−9=6372 - 9 = 63

on retire le cahier

La bonne réponse : « 6363 ₪ ». « 2727 ₪ » oublie de doubler la moyenne et calcule 36−936 - 9. « 7272 ₪ » double bien, mais oublie de retirer le prix du cahier. « 4545 ₪ » ajoute le cahier à la moyenne, 36+936 + 9, au lieu de passer par la somme.

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Exercice 3

Trois amis ont payé en moyenne 4242 ₪ chacun pour une sortie. Deux d'entre eux ont payé la même somme, et le troisième a payé une fois et demie ce qu'a payé chacun des deux autres. Combien a payé le troisième ?

  1. 3636 ₪
  2. 6363 ₪
  3. 5454 ₪
  4. 4242 ₪
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C 5454 ₪

Corrigé :

3×42=1263 \times 42 = 126

la somme payée par les trois

x+x+1,5 x=3,5 x=126\begin{aligned}x + x + 1{,}5\,x &= 3{,}5\,x \\ &= 126\end{aligned}

x est la somme commune des deux premiers

x=361,5×36=54\begin{aligned}x &= 36 \\ \qquad 1{,}5 \times 36 &= 54\end{aligned}

le troisième

La bonne réponse : « 5454 ₪ ». « 6363 ₪ » multiplie la moyenne par une fois et demie, 1,5×421{,}5 \times 42 : le rapport porte sur ce qu'a payé chacun des deux autres. « 3636 ₪ » s'arrête à la somme commune des deux premiers. « 4242 ₪ » suppose que les deux premiers ont payé la moyenne, et donne au troisième ce qui reste, 126−2×42126 - 2 \times 42.

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Exercice 4

Les cinq membres d'un quintette ont en moyenne 4040 ans, et le plus âgé a 2020 ans de plus que le plus jeune. Quel âge a le plus âgé ?

  1. On ne peut pas le savoir avec ces seules données
  2. 5050 ans
  3. 4444 ans
  4. 6060 ans
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : A On ne peut pas le savoir avec ces seules données

Corrigé :

30 38 41 41 50  →  2005=4050−30=20\begin{aligned}30 \\ \ 38 \\ \ 41 \\ \ 41 \\ \ 50 \;\to\; \dfrac{200}{5} &= 40 \\ \quad 50 - 30 &= 20\end{aligned}

un premier quintette : le plus âgé a 50 ans

35 35 35 40 55  →  2005=4055−35=20\begin{aligned}35 \\ \ 35 \\ \ 35 \\ \ 40 \\ \ 55 \;\to\; \dfrac{200}{5} &= 40 \\ \quad 55 - 35 &= 20\end{aligned}

un second : le plus âgé a 55 ans

La bonne réponse : « On ne peut pas le savoir avec ces seules données ». La moyenne et l'écart entre les extrêmes ne fixent pas les extrêmes : deux quintettes possibles donnent deux réponses. « 5050 ans » place la moyenne au milieu de l'écart, 40+20240 + \frac{20}{2}. « 6060 ans » ajoute tout l'écart à la moyenne, comme si la moyenne était l'âge du plus jeune. « 4444 ans » partage l'écart entre les cinq membres, 40+20540 + \frac{20}{5}.

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Exercice 5

On a dessiné nn triangles qui ont tous la même base, de longueur bb. La moyenne de leurs hauteurs, relatives à cette base, est hh. Quelle est la somme des aires des nn triangles ?

  1. nbhnbh
  2. bh2\dfrac{bh}{2}
  3. On ne peut pas le savoir avec ces seules données
  4. nbh2\dfrac{nbh}{2}
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : D nbh2\dfrac{nbh}{2}

Corrigé :

h1+h2+⋯+hn=nhh_1 + h_2 + \dots + h_n = nh

la somme des hauteurs vient de leur moyenne

bh12+⋯+bhn2=b2 (h1+⋯+hn)\dfrac{b h_1}{2} + \dots + \dfrac{b h_n}{2} = \dfrac{b}{2}\,(h_1 + \dots + h_n)

la base est commune : on la met en facteur

b2×nh=nbh2\dfrac{b}{2} \times nh = \dfrac{nbh}{2}

la somme des aires

La bonne réponse : « nbh2\dfrac{nbh}{2} ». « nbhnbh » oublie la division par 22 de l'aire d'un triangle. « On ne peut pas le savoir avec ces seules données » croit qu'il faut chaque hauteur séparément : seule leur somme compte, et la moyenne la donne. « bh2\dfrac{bh}{2} » donne l'aire d'un seul triangle de hauteur moyenne, sans multiplier par nn.

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Exercice 6

La moyenne des trois nombres xx, yy et zz est mm. Laquelle des moyennes suivantes n'est pas nécessairement égale à mm ?

  1. La moyenne des quatre nombres xx, yy, zz et mm
  2. La moyenne des deux nombres x+yx + y et zz
  3. La moitié de la moyenne des trois nombres 2x2x, 2y2y et 2z2z
  4. La moyenne des trois nombres x+5x + 5, y−2y - 2 et z−3z - 3
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : B La moyenne des deux nombres x+yx + y et zz

Corrigé :

x+y+z=3mx + y + z = 3m

la somme des trois nombres

(x+y)+z2=3m2\dfrac{(x + y) + z}{2} = \dfrac{3m}{2}

deux nombres seulement : le dénominateur devient 2

3m+5−2−33=m12⋅6m3=m3m+m4=m\begin{aligned}\dfrac{3m + 5 - 2 - 3}{3} &= m \\ \qquad \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{6m}{3} &= m \\ \qquad \dfrac{3m + m}{4} &= m\end{aligned}

les trois autres valent m

La bonne réponse : « La moyenne des deux nombres x+yx + y et zz ». La somme est la même, 3m3m, mais elle se divise par 22 : on obtient 3m2\frac{3m}{2}. « La moyenne des trois nombres x+5x + 5, y−2y - 2 et z−3z - 3 » vaut mm : les décalages +5+5, −2-2 et −3-3 se compensent. « La moitié de la moyenne des trois nombres 2x2x, 2y2y et 2z2z » vaut mm : doubler chaque terme double la moyenne, et l'on reprend la moitié. « La moyenne des quatre nombres xx, yy, zz et mm » vaut mm : ajouter un terme égal à la moyenne ne la déplace pas.

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Exercice 7

Deux classes ont passé le même examen. La première a obtenu une moyenne de 7070, la seconde une moyenne de 8585, et les deux classes réunies une moyenne de 7979. La première classe compte 1818 élèves. Combien d'élèves compte la seconde ?

  1. 2727
  2. 4545
  3. 1818
  4. 1212
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : A 2727

Corrigé :

79−70=985−79=6\begin{aligned}79 - 70 &= 9 \\ \qquad 85 - 79 &= 6\end{aligned}

les distances de la moyenne d'ensemble à chaque classe

18×9=n×618 \times 9 = n \times 6

les écarts au-dessous compensent les écarts au-dessus

n=1626=27\begin{aligned}n &= \dfrac{162}{6} \\ &= 27\end{aligned}

la seconde classe

La bonne réponse : « 2727 ». La moyenne d'ensemble est plus proche de 8585 : la seconde classe est la plus nombreuse. « 1212 » prend le rapport des distances à l'endroit, 18×6918 \times \frac{6}{9} : les effectifs suivent le rapport inverse. « 1818 » suppose deux classes égales, ce qui mettrait la moyenne à 77,577{,}5. « 4545 » est l'effectif des deux classes réunies.

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Exercice 8

Un cycliste monte une côte de 1818 km à 99 km/h, puis la redescend par la même route à 1818 km/h. Quelle est sa vitesse moyenne sur l'aller-retour ?

  1. 1818 km/h
  2. 13,513{,}5 km/h
  3. 1212 km/h
  4. 66 km/h
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C 1212 km/h

Corrigé :

189+1818=2+1=3 h\begin{aligned}\dfrac{18}{9} + \dfrac{18}{18} &= 2 + 1 \\ &= 3 \text{ h}\end{aligned}

le temps total

363=12\dfrac{36}{3} = 12

la distance totale sur le temps total

La bonne réponse : « 1212 km/h ». « 13,513{,}5 km/h » fait la moyenne des deux vitesses : la montée dure deux fois plus longtemps, elle pèse plus. « 66 km/h » divise la seule montée, 1818 km, par le temps total. « 1818 km/h » divise la distance totale, 3636 km, par le seul temps de la montée.

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Exercice 9

La somme de nn nombres (n>1n > 1) dépasse leur moyenne de dd. Quelle est la moyenne de ces nn nombres ?

  1. dn+1\dfrac{d}{n + 1}
  2. dn\dfrac{d}{n}
  3. dn−1\dfrac{d}{n - 1}
  4. d (n−1)d\,(n - 1)
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C dn−1\dfrac{d}{n - 1}

Corrigé :

S=n⋅MS = n \cdot M

la somme est l'effectif fois la moyenne

nM−M=d  ⇒  (n−1) M=d\begin{aligned}nM - M &= d \;\Rightarrow\; (n - 1)\,M \\ &= d\end{aligned}

la somme dépasse la moyenne de d

M=dn−1M = \dfrac{d}{n - 1}

la moyenne

La bonne réponse : « dn−1\dfrac{d}{n - 1} ». Avec des nombres : 44 nombres de moyenne 55 ont pour somme 2020, qui dépasse la moyenne de 15=3×515 = 3 \times 5. « d (n−1)d\,(n - 1) » arrive bien à (n−1) M=d(n - 1)\,M = d, mais multiplie par n−1n - 1 au lieu de diviser. « dn\dfrac{d}{n} » pose nM=dnM = d et oublie de retirer la moyenne. « dn+1\dfrac{d}{n + 1} » ajoute la moyenne à la somme au lieu de l'en retirer.

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Exercice 10

La moyenne des trois nombres aa, bb et cc est supérieure à 6060, et la moyenne de aa et bb est inférieure à 6060. Laquelle des affirmations suivantes est nécessairement vraie ?

  1. Aucune des trois autres affirmations n'est nécessairement vraie
  2. a<60a < 60 et b<60b < 60
  3. c>60c > 60
  4. cc est le plus grand des trois nombres
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : C c>60c > 60

Corrigé :

a+b+c>180,a+b<120a + b + c > 180,\qquad a + b < 120

les deux moyennes, traduites en sommes

c=(a+b+c)−(a+b)>180−120=60\begin{aligned}c &= (a + b + c) - (a + b) > 180 - 120 \\ &= 60\end{aligned}

on retranche

a=100 b=0 c=90\begin{aligned}a &= 100 \\ \ b &= 0 \\ \ c &= 90\end{aligned}

un contre-exemple aux deux premières affirmations

La bonne réponse : « c>60c > 60 ». « a<60a < 60 et b<60b < 60 » est seulement possible : avec a=100a = 100, b=0b = 0 et c=90c = 90, la moyenne des trois est 1903>60\frac{190}{3} > 60 et celle de aa et bb est 5050. « cc est le plus grand des trois nombres » tombe sur le même exemple, où a>ca > c. « Aucune des trois autres affirmations n'est nécessairement vraie » néglige la soustraction des sommes, qui force c>60c > 60.

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