Série 3 — équations, valeur absolue, racine positive

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 en douze minutes, puis trois de plus, sous d’autres formes. Une série où la moitié des points se joue sur un signe.

Deux choses différentes portent le même dessin. L'équation x2=kx^{2} = k a deux solutions opposées. Le symbole k\sqrt{k}, lui, désigne une seule valeur, la positive — c'est écrit noir sur blanc sur le formulaire de l'examen.

Dès qu'un énoncé écrit x2x^{2} sans préciser le signe de xx, comptez deux candidats et testez-les. Et dès qu'il écrit x2\sqrt{x^{2}}, écrivez ∣x∣|x| : ce n'est pas une subtilité, c'est la question elle-même.

Exercices

Exercice 1

Combien l'équation x2=49x^{2} = 49 a-t-elle de solutions ?

  1. Aucune
  2. Deux
  3. Une
  4. Une infinité
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Réponse : B Deux

Corrigé :

x=7 ou x=−7\begin{aligned}x &= 7 \ \text{ou} \ x \\ &= -7\end{aligned}

Les deux carrés valent 4949.

La bonne réponse : « Deux ». « Une » — la solution négative oubliée : c'est la confusion entre l'équation et le symbole 49\sqrt{49}, qui vaut 77 tout seul. « Aucune » — vrai seulement si le membre de droite était négatif. « Une infinité » — jamais pour une équation du second degré non triviale.

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Exercice 2

Combien vaut (−6)2\sqrt{(-6)^{2}} ?

  1. 3636
  2. −6-6
  3. 66
  4. ±6\pm 6
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Réponse : C 66

Corrigé :

(−6)2=36(-6)^{2} = 36

Le carré d'abord : il efface le signe.

36=6\sqrt{36} = 6

Et le symbole racine ne rend que la valeur positive.

La bonne réponse : « 66 ». « −6-6 » — le nombre de départ recopié, comme si racine et carré s'annulaient toujours. Ils ne s'annulent que si le nombre est positif : x2=∣x∣\sqrt{x^{2}} = |x|. « 3636 » — la racine oubliée. « ±6\pm 6 » — la règle de l'équation appliquée à un symbole : le formulaire de l'examen tranche,  \sqrt{\ } ne désigne que la racine positive.

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Exercice 3

x=9\sqrt{x} = 9. Combien vaut xx ?

  1. 1818
  2. 33
  3. 8181
  4. ±81\pm 81
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Réponse : C 8181

Corrigé :

(x)2=92\big(\sqrt{x}\big)^{2} = 9^{2}

On élève les deux membres au carré.

x=81x = 81

La bonne réponse : « 8181 ». « 33 » — la racine prise une fois de trop : 9=3\sqrt{9} = 3. « 1818 » — c'est 9×29 \times 2 : le carré traité comme un doublement. « ±81\pm 81 » — la solution négative ajoutée alors que xx est sous la racine : xx doit être positif pour que x\sqrt{x} existe.

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Exercice 4

Combien de solutions l'équation x2+4=0x^{2} + 4 = 0 a-t-elle ?

  1. Deux
  2. Aucune
  3. Une
  4. Quatre
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Réponse : B Aucune

Corrigé :

x2=−4x^{2} = -4

On isole le carré.

x2≥0 pour tout xx^{2} \ge 0 \ \text{pour tout} \ x

Un carré n'est jamais négatif : aucune valeur ne convient.

La bonne réponse : « Aucune ». « Une » et « Deux » — le réflexe « x2=kx^{2} = k donne deux solutions » appliqué sans regarder le signe de kk. La règle complète a trois cas : k>0k > 0 donne deux solutions, k=0k = 0 en donne une, k<0k < 0 n'en donne aucune. « Quatre » — le degré 22 ne peut pas donner plus de deux solutions.

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Exercice 5

x<0x < 0. À quoi est égal x2\sqrt{x^{2}} ?

  1. x2x^{2}
  2. xx
  3. 00
  4. −x-x
Voir la réponse et le corrigé

Réponse : D −x-x

Corrigé :

x2=∣x∣\sqrt{x^{2}} = |x|

Toujours vrai, quel que soit le signe.

x<0⇒∣x∣=−xx < 0 \Rightarrow |x| = -x

La valeur absolue d'un nombre négatif est son opposé, qui est positif.

La bonne réponse : « −x-x ». « xx » — vrai seulement si xx est positif, ce que l'énoncé exclut explicitement. « x2x^{2} » — la racine oubliée. « 00 » — la racine crue impossible parce que xx est négatif, et remplacée par 00 ; or x2x^{2}, sous la racine, est positif. Le contrôle : avec x=−3x = -3, l'expression vaut 9=3\sqrt{9} = 3, et −x=3-x = 3. L'écriture −x-x n'est pas un nombre négatif ici : elle désigne l'opposé d'un négatif.

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Exercice 6

x2=5xx^{2} = 5x, et x≠0x \ne 0. Combien vaut xx ?

  1. 00
  2. 55
  3. 5\sqrt{5}
  4. 2525
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Réponse : B 55

Corrigé :

x2−5x=0⇒x(x−5)=0\begin{aligned}x^{2} - 5x &= 0 \Rightarrow x(x - 5) \\ &= 0\end{aligned}

On factorise plutôt que de diviser à l'aveugle.

x=0 ou x=5\begin{aligned}x &= 0 \ \text{ou} \ x \\ &= 5\end{aligned}

Et l'énoncé écarte 00.

La bonne réponse : « 55 ». « 5\sqrt{5} » — la racine prise des deux côtés comme si l'équation était x2=5x^{2} = 5. « 2525 » — c'est x2x^{2} : la bonne valeur trouvée, puis élevée au carré par une lecture trop rapide de la question. « 00 » — la solution que l'énoncé exclut, précisément pour tester si vous l'avez trouvée. Notez le geste utile : sur une équation où xx apparaît des deux côtés, on factorise, on ne divise jamais par xx — diviser ferait perdre la solution nulle.

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Exercice 7

∣x∣=4|x| = 4. Combien l'équation x2=16x^{2} = 16 a-t-elle de solutions en commun avec celle-là ?

  1. Quatre
  2. Une
  3. Aucune
  4. Deux
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Réponse : D Deux

Corrigé :

∣x∣=4⇒x=4 ou x=−4\begin{aligned}|x| &= 4 \Rightarrow x \\ &= 4 \ \text{ou} \ x \\ &= -4\end{aligned}

Une valeur absolue s'ouvre en deux cas.

x2=16⇒x=4 ou x=−4\begin{aligned}x^{2} &= 16 \Rightarrow x \\ &= 4 \ \text{ou} \ x \\ &= -4\end{aligned}

Et le carré donne exactement les mêmes.

La bonne réponse : « Deux ». Les deux équations sont équivalentes : ∣x∣=k|x| = k et x2=k2x^{2} = k^{2} ont toujours le même ensemble de solutions quand kk est positif. « Une » — une seule des deux ouvertures faite. « Aucune » — sans rapport. « Quatre » — les deux solutions comptées deux fois, une fois par équation.

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Exercice 8

aa est un nombre réel. Laquelle de ces affirmations est toujours vraie ?

  1. a2=a\sqrt{a^{2}} = a
  2. a2≥0a^{2} \ge 0
  3. a2>aa^{2} > a
  4. a3>0a^{3} > 0
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Réponse : B a2≥0a^{2} \ge 0

Corrigé :

a2≥0a^{2} \ge 0

Un carré est positif ou nul, sans aucune exception.

La bonne réponse : « a2≥0a^{2} \ge 0 ». « a2>aa^{2} > a » — faux entre 00 et 11 : avec a=0,5a = 0{,}5, le carré vaut 0,250{,}25. « a3>0a^{3} > 0 » — faux dès que aa est négatif, l'exposant impair gardant le signe. « a2=a\sqrt{a^{2}} = a » — faux pour aa négatif ; la version toujours vraie est a2=∣a∣\sqrt{a^{2}} = |a|. Sur une question en « toujours », une seule valeur d'essai suffit à éliminer.

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Exercice 9

n2=121n^{2} = 121 et n<0n < 0. Combien vaut n3n^{3} ?

  1. 13311331
  2. −363-363
  3. −11-11
  4. −1331-1331
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Réponse : D −1331-1331

Corrigé :

n2=121⇒n=11 ou n=−11\begin{aligned}n^{2} &= 121 \Rightarrow n \\ &= 11 \ \text{ou} \ n \\ &= -11\end{aligned}

Deux candidats, et l'énoncé garde le négatif.

n3=(−11)3=−1331\begin{aligned}n^{3} &= (-11)^{3} \\ &= -1331\end{aligned}

Exposant impair : le signe survit.

La bonne réponse : « −1331-1331 ». « 13311331 » — la solution positive n=11n = 11 retenue, alors que l'énoncé la refuse. « −363-363 » — c'est −121×3-121 \times 3 : le cube traité comme une multiplication par 33. « −11-11 » — c'est nn lui-même, le cube jamais calculé. La condition « n<0n < 0 » n'est jamais décorative : elle est là pour choisir entre les deux racines.

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Exercice 10

Combien de solutions entières l'équation x4=16x^{4} = 16 a-t-elle ?

  1. Quatre
  2. Aucune
  3. Une
  4. Deux
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Réponse : D Deux

Corrigé :

x4=16⇒x2=4\begin{aligned}x^{4} &= 16 \Rightarrow x^{2} \\ &= 4\end{aligned}

On prend la racine carrée : x2x^{2} est positif, donc on garde +4+4.

x=2 ou x=−2\begin{aligned}x &= 2 \ \text{ou} \ x \\ &= -2\end{aligned}

Deux entiers, et pas davantage.

La bonne réponse : « Deux ». « Une » — la solution négative oubliée ; un exposant pair admet toujours les deux signes. « Quatre » — le degré 44 pris pour un nombre de solutions ; il en borne le nombre, il ne le donne pas. « Aucune » — sans rapport. La règle générale : xpair=kx^{\text{pair}} = k avec k>0k > 0 donne deux solutions réelles, quel que soit l'exposant.

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Exercice 11

x<0x < 0 et x2=64x^{2} = 64. Combien vaut xx ?

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Réponse : -8

Corrigé :

x2=64⇒x=8 ou x=−8\begin{aligned}x^{2} &= 64 \Rightarrow x \\ &= 8 \text{ ou } x \\ &= -8\end{aligned}

L'équation a deux solutions.

x<0⇒x=−8x < 0 \Rightarrow x = -8

L'énoncé garde la négative.

−8. Le piège : répondre 88 par réflexe, comme si l'on calculait 64\sqrt{64}. C'est une équation, pas un symbole.

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Exercice 12

(−5)2=−5\sqrt{(-5)^{2}} = -5.

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Réponse : Faux

Corrigé :

(−5)2=25(-5)^{2} = 25

Le carré efface le signe.

25=5\sqrt{25} = 5

Le symbole ne rend que la valeur positive.

Faux. (−5)2=∣−5∣=5\sqrt{(-5)^{2}} = |-5| = 5. Une racine carrée n'est jamais négative.

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Exercice 13

Complétez.

L'équation x² = 81 a ____ solutions ; la plus petite est ____.

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Réponse : L'équation x² = 81 a 2 solutions ; la plus petite est -9.

Corrigé :

x2=81⇒x=9 ou x=−9\begin{aligned}x^{2} &= 81 \Rightarrow x \\ &= 9 \text{ ou } x \\ &= -9\end{aligned}

Deux nombres ont pour carré 8181.

−9<9-9 < 9

2 et −9. Le symbole 81\sqrt{81}, lui, ne vaut que 99.

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