Série 7 — doubler, réduire de moitié, répéter

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, douze minutes. Aucune ne porte le mot « puissance », et toutes en sont une.

Dès qu'une quantité est multipliée par le même facteur à chaque étape, elle suit une puissance : après nn étapes, elle vaut la valeur de départ multipliée par qnq^{n}. Le seul travail consiste à compter correctement les étapes.

L'erreur qui revient toujours : compter une étape de trop ou de moins. Écrivez la valeur au temps 00, puis au temps 11, et vérifiez que votre formule les redonne toutes les deux avant de passer à nn.

Exercices

Exercice 1

Une population de bactéries double toutes les heures. Elle compte 500500 individus à midi. Combien en compte-t-elle à 1616 h ?

  1. 1600016000
  2. 40004000
  3. 20002000
  4. 80008000
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Réponse : D 80008000

Corrigé :

de midi aˋ 16h:4 heures\text{de midi à } 16\text{h} : 4 \ \text{heures}

Quatre doublements, pas cinq : on compte les intervalles, pas les heures affichées.

500×24=500×16=8000\begin{aligned}500 \times 2^{4} &= 500 \times 16 \\ &= 8000\end{aligned}

La bonne réponse : « 80008000 ». « 40004000 » — trois doublements seulement : une heure perdue. « 20002000 » — deux doublements. « 1600016000 » — cinq doublements : les cinq nombres 12,13,14,15,1612, 13, 14, 15, 16 comptés comme cinq étapes, alors qu'ils n'en délimitent que quatre. Comptez les intervalles, jamais les instants.

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Exercice 2

Une feuille de papier est pliée en deux 66 fois de suite. En combien d'épaisseurs se retrouve-t-elle ?

  1. 1212
  2. 6464
  3. 3232
  4. 3636
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Réponse : B 6464

Corrigé :

chaque pli double l’eˊpaisseur\text{chaque pli double l'épaisseur}
26=642^{6} = 64

La bonne réponse : « 6464 ». « 1212 » — c'est 2×62 \times 6 : le doublement traité comme une addition répétée. C'est l'erreur qui distingue une croissance multiplicative d'une croissance additive. « 3232 » — c'est 252^{5} : un pli oublié. « 3636 » — c'est 626^{2} : la base et l'exposant échangés.

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Exercice 3

Une somme de 20002000 euros perd la moitié de sa valeur tous les ans. Que vaut-elle au bout de 44 ans ?

  1. 500500
  2. 00
  3. 125125
  4. 250250
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Réponse : C 125125

Corrigé :

2000×(12)42000 \times \left(\dfrac{1}{2}\right)^{4}

Quatre divisions par deux.

=200016=125= \dfrac{2000}{16} = 125

La bonne réponse : « 125125 ». « 250250 » — trois années seulement. « 500500 » — deux années. « 00 » — la moitié retirée quatre fois de suite lue comme « tout perdu » ; une division par deux ne conduit jamais à zéro. Le contrôle : 2000→1000→500→250→1252000 \to 1000 \to 500 \to 250 \to 125, quatre flèches.

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Exercice 4

Un nombre est multiplié par 33, et le résultat est encore multiplié par 33, et ainsi de suite. Après 55 multiplications, il a été multiplié par —

  1. 8181
  2. 1515
  3. 125125
  4. 243243
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Réponse : D 243243

Corrigé :

35=2433^{5} = 243

Cinq facteurs 33.

La bonne réponse : « 243243 ». « 1515 » — c'est 3×53 \times 5 : la répétition traitée comme une addition. « 8181 » — c'est 343^{4} : une multiplication oubliée. « 125125 » — c'est 535^{3} : la base et l'exposant échangés, une erreur si fréquente qu'elle a presque toujours son option. Les puissances de 33 à connaître : 33, 99, 2727, 8181, 243243.

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Exercice 5

Une machine produit 22 pièces la première minute, 44 la deuxième, 88 la troisième, et ainsi de suite. Combien en produit-elle la sixième minute ?

  1. 128128
  2. 3232
  3. 1212
  4. 6464
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Réponse : D 6464

Corrigé :

minute n: 2n\text{minute } n : \ 2^{n}

La première minute donne 212^{1}, la deuxième 222^{2}.

26=642^{6} = 64

La bonne réponse : « 6464 ». « 3232 » — c'est 252^{5} : la formule décalée d'un rang, comme si la première minute portait l'exposant 00. Vérifier la formule sur le premier terme évite exactement cette erreur. « 1212 » — c'est 2×62 \times 6. « 128128 » — c'est 272^{7}, un rang de trop dans l'autre sens.

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Exercice 6

Le côté d'un carré est multiplié par 22 trois fois de suite. Par combien son aire est-elle multipliée en tout ?

  1. 1616
  2. 88
  3. 66
  4. 6464
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Réponse : D 6464

Corrigé :

le coˆteˊ est multiplieˊ par 23=8\text{le côté est multiplié par } 2^{3} = 8

Trois doublements successifs.

l’aire par 82=64\text{l'aire par } 8^{2} = 64

L'aire suit le carré du rapport des longueurs.

La bonne réponse : « 6464 ». « 88 » — le rapport des côtés, pas des aires. « 1616 » — c'est 424^{2} : seulement deux doublements pris en compte. « 66 » — c'est 2×32 \times 3. Cette question empile deux idées du chapitre : la répétition d'un facteur, puis le passage d'une longueur à une aire.

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Exercice 7

Un ballon perd 13\tfrac{1}{3} de son air à chaque heure. Quelle fraction de son air lui reste-t-il après 33 heures ?

  1. 827\dfrac{8}{27}
  2. 23\dfrac{2}{3}
  3. 127\dfrac{1}{27}
  4. 00
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : A 827\dfrac{8}{27}

Corrigé :

il reste 23 aˋ chaque heure\text{il reste } \dfrac{2}{3} \ \text{à chaque heure}

Perdre un tiers, c'est garder deux tiers : on travaille toujours sur ce qui reste.

(23)3=827\left(\dfrac{2}{3}\right)^{3} = \dfrac{8}{27}

La bonne réponse : « 827\tfrac{8}{27} ». « 00 » — trois tiers retirés lus comme la totalité : mais chaque tiers est pris sur une quantité plus petite que la précédente. C'est le piège central de cette forme. « 127\tfrac{1}{27} » — c'est (13)3\left(\tfrac{1}{3}\right)^{3} : la fraction perdue élevée au cube au lieu de la fraction restante. « 23\tfrac{2}{3} » — une seule heure comptée.

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Exercice 8

Une somme est multipliée par 22 chaque année. Au bout de combien d'années aura-t-elle été multipliée par 3232 ?

  1. 3232
  2. 66
  3. 55
  4. 1616
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Réponse : C 55

Corrigé :

2n=322^{n} = 32
32=25⇒n=5\begin{aligned}32 &= 2^{5} \Rightarrow n \\ &= 5\end{aligned}

La bonne réponse : « 55 ». « 1616 » — c'est 32:232 : 2. « 3232 » — le facteur recopié comme durée. « 66 » — l'exposant de 6464, un cran trop haut : c'est la table des puissances de 22 qui manque. La forme est exactement celle d'une équation à exposants, habillée en histoire.

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Exercice 9

Un carré de côté 11 est partagé en quatre carrés égaux, puis chacun d'eux est partagé de la même façon, et ainsi de suite. Quelle est l'aire d'un petit carré après 33 partages ?

  1. 112\dfrac{1}{12}
  2. 18\dfrac{1}{8}
  3. 116\dfrac{1}{16}
  4. 164\dfrac{1}{64}
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Réponse : D 164\dfrac{1}{64}

Corrigé :

chaque partage divise l’aire par 4\text{chaque partage divise l'aire par } 4
(14)3=164\left(\dfrac{1}{4}\right)^{3} = \dfrac{1}{64}

La bonne réponse : « 164\tfrac{1}{64} ». « 112\tfrac{1}{12} » — c'est 4×34 \times 3 : la répétition additionnée. « 116\tfrac{1}{16} » — deux partages seulement. « 18\tfrac{1}{8} » — c'est 232^{3} : le rapport des côtés (12\tfrac{1}{2} à chaque partage) élevé au cube, mais appliqué à une aire. Le côté est divisé par 22 à chaque fois, l'aire par 44 : ne pas confondre les deux.

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Exercice 10

Un nombre est divisé par 22, puis le résultat est multiplié par 88, puis divisé par 44. Par combien le nombre de départ a-t-il été multiplié en tout ?

  1. 44
  2. 11
  3. 22
  4. 1616
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Réponse : B 11

Corrigé :

12×8×14\dfrac{1}{2} \times 8 \times \dfrac{1}{4}

Les trois opérations se composent en un seul facteur.

2−1⋅23⋅2−2=20=1\begin{aligned}2^{-1} \cdot 2^{3} \cdot 2^{-2} &= 2^{0} \\ &= 1\end{aligned}

Sur la base 22, les exposants s'additionnent : −1+3−2=0-1 + 3 - 2 = 0.

La bonne réponse : « 11 » — le nombre est inchangé. « 22 » — la division par 22 oubliée : 8:48 : 4. « 44 » — la division par 44 oubliée : 8:28 : 2. « 1616 » — la division par 44 lue comme une multiplication : 8×4:28 \times 4 : 2. L'écriture en puissances de 22 rend la question immédiate, et elle montre pourquoi la réponse est 11 : la somme des exposants est nulle, ce qui est exactement la définition d'un aller-retour.

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Exercice 11

Un nombre de cellules triple chaque jour. Il y en a 44 le premier jour. Combien y en a-t-il le cinquième jour ?

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Réponse : 324

Corrigé :

jour 1→jour 5:4 sauts\text{jour } 1 \to \text{jour } 5 : 4 \text{ sauts}

Cinq jours nommés, quatre intervalles.

4×34=4×81=324\begin{aligned}4 \times 3^{4} &= 4 \times 81 \\ &= 324\end{aligned}

324324. Le piège : 4×35=9724 \times 3^{5} = 972, un saut de trop.

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Exercice 12

Une feuille pliée en deux 44 fois de suite compte 1616 épaisseurs.

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Réponse : Vrai

Corrigé :

24=162^{4} = 16

Chaque pli double le nombre d'épaisseurs.

Vrai. Le piège serait 2×4=82 \times 4 = 8 : les plis se multiplient, ils ne s'ajoutent pas.

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Exercice 13

Un prix de 640640 euros est divisé par 22 chaque mois. Combien vaut-il après 55 mois, en euros ?

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Réponse : 20

Corrigé :

640×(12)5=64032640 \times \left(\tfrac{1}{2}\right)^{5} = \dfrac{640}{32}

Cinq divisions par deux, c'est une division par 252^{5}.

=20= 20

2020 euros. Le piège : 640−5×320640 - 5 \times 320, une perte constante au lieu d'une division répétée.

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