الفرض 1 — الدورة الأولى — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) (Devoir Surveillé n°1 — النموذج 9)

فرض محروس رقم 1 للدورة الأولى فالرياضيات، الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)، النموذج 9، مع التصحيح المفصل خطوة بخطوة. المحاور: Modèle MathsClick 2 — Arithmétique, calcul vectoriel, projection. Devoir surveillé corrigé — Tronc commun scientifique (BIOF).

📖 حل فـ MathsClick (الورقة بخط اليد، بالعربية والفرنسية)🧩 تدرّب على أسئلة هاد الفرض

⏱️ 2h · Modèle MathsClick 2 — Arithmétique, calcul vectoriel, projection

Exercice 1 (6 pts)

1. Soit \(n\in\mathbb{N}\). Montrer que \(2^{n+3}-2^n\) est divisible par \(7\).
2. Le nombre \(3^{40}+1\) est-il premier ? Justifier.
3. a) Déterminer le chiffre \(a\) pour que le nombre \(\overline{3a52}\) soit divisible par \(9\).
b) Ce nombre est-il divisible par \(36\) ? Justifier.
4. Montrer que si \(n\) est un entier naturel impair, alors \(n^2-1\) est divisible par \(8\).
5. Montrer que \(221\) n'est pas premier et que \(223\) est premier.
✅ Correction de l’exercice 1 — التصحيح
1. 💡 On met la plus petite puissance en facteur : \(2^{n+3}=2^n\times2^3\).
\(2^{n+3}-2^n=2^n\times8-2^n\times1=2^n(8-1)=7\times2^n\) : divisible par \(7\).
2. 💡 Un nombre pair supérieur à \(2\) n'est pas premier.
\(3^{40}\) est impair (produit de nombres impairs), donc \(3^{40}+1\) est pair, et \(3^{40}+1>2\) : il n'est pas premier.
3. a) 💡 Critère : un nombre est divisible par \(9\) si la somme de ses chiffres est divisible par \(9\).
\(3+a+5+2=10+a\) doit être un multiple de \(9\), avec \(0\leq a\leq9\) : \(10+a=18\), donc \(a=8\).
b) 💡 Si un nombre est divisible par \(4\) et par \(9\), avec \(4\) et \(9\) premiers entre eux, alors il est divisible par \(4\times9=36\).
\(3852\) est divisible par \(9\) (question a) et par \(4\) (ses deux derniers chiffres \(52=4\times13\)). Donc \(3852\) est divisible par \(36\) : \(3852=36\times107\).
4. \(n\) impair : \(n=2k+1\), donc \(n^2-1=4k^2+4k+1-1=4k(k+1)\).
\(k(k+1)\) est le produit de deux entiers consécutifs, donc pair : \(k(k+1)=2m\), et \(n^2-1=8m\).
5. \(221=13\times17\) : il n'est pas premier.
💡 Pour \(223\) : \(14^2=196\leq223\) et \(15^2=225>223\), on teste les premiers \(2\), \(3\), \(5\), \(7\), \(11\), \(13\).
\(223\) est impair ; \(2+2+3=7\) ; il ne finit ni par \(0\) ni par \(5\) ; \(223=7\times31+6=11\times20+3=13\times17+2\).
[!] \(221\) n'est pas premier ; \(223\) est premier.

Exercice 2 (5 pts)

On considère les nombres \(a=1960\) et \(b=3150\).
1. Décomposer \(a\) et \(b\) en produits de facteurs premiers.
2. Calculer \(\mathrm{pgcd}(a;b)\) et \(\mathrm{ppcm}(a;b)\).
3. Écrire \(\dfrac{a}{b}\) sous forme de fraction irréductible et simplifier \(\sqrt{a\times b}\).
4. Une plaque rectangulaire de dimensions \(1960\ \mathrm{mm}\) et \(3150\ \mathrm{mm}\) doit être découpée, sans perte, en carrés identiques les plus grands possibles. Déterminer la longueur du côté d'un carré et le nombre de carrés obtenus.
✅ Correction de l’exercice 2 — التصحيح
1. On divise successivement par les nombres premiers :
~ladder 1960
~ladder 3150
[] \(a=2^3\times5\times7^2\) et \(b=2\times3^2\times5^2\times7\)
2. 💡 PGCD : facteurs communs (\(2\), \(5\), \(7\)) avec le plus petit exposant ; PPCM : tous les facteurs avec le plus grand exposant.
[] \(\mathrm{pgcd}(a;b)=2\times5\times7=70\) et \(\mathrm{ppcm}(a;b)=2^3\times3^2\times5^2\times7^2=88200\)
3. \(\dfrac{a}{b}=\dfrac{1960\div70}{3150\div70}=\dfrac{28}{45}\).
\(a\times b=2^4\times3^2\times5^3\times7^3=\left(2^2\times3\times5\times7\right)^2\times5\times7\), donc \(\sqrt{a\times b}=420\sqrt{35}\).
4. 💡 Le côté du carré doit diviser les deux dimensions (pas de perte) et être le plus grand possible : c'est le PGCD.
Côté : \(\mathrm{pgcd}(1960;3150)=70\ \mathrm{mm}\). Sur la longueur : \(\dfrac{3150}{70}=45\) carrés ; sur la largeur : \(\dfrac{1960}{70}=28\) carrés.
[!] Côté \(70\ \mathrm{mm}\) ; nombre de carrés : \(28\times45=1260\).

Exercice 3 (6 pts)

Soit \(ABCD\) un parallélogramme. On considère les points \(E\) et \(F\) définis par : \(\overrightarrow{AE}=\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AF}=3\overrightarrow{AD}\).
1. Faire une figure.
2. Exprimer \(\overrightarrow{CE}\) et \(\overrightarrow{CF}\) en fonction de \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AD}\).
3. En déduire que les points \(C\), \(E\) et \(F\) sont alignés.
4. Soit \(K\) le milieu de \([EF]\). Exprimer \(\overrightarrow{AK}\) en fonction de \(\overrightarrow{AB}\) et \(\overrightarrow{AD}\).
5. Montrer que \(\overrightarrow{CK}=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{CE}\).
✅ Correction de l’exercice 3 — التصحيح
1. \(E\) sur \((AB)\) au-delà de \(B\) avec \(AE=\dfrac{3}{2}AB\) ; \(F\) sur \((AD)\) au-delà de \(D\) avec \(AF=3AD\).
@fig {"type":"geo","width":330,"points":{"A":[0,0],"B":[4,0],"C":[5,1.5],"D":[1,1.5],"E":[6,0],"F":[3,4.5],"K":[4.5,2.25]},"polys":["ABCD"],"segs":["AE","AF",{"s":"EF","color":"accent"}]}
2. 💡 On exprime d'abord \(\overrightarrow{AC}\) : dans le parallélogramme, \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}\) (règle du parallélogramme).
\(\overrightarrow{CE}=\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{AE}=\overrightarrow{AE}-\overrightarrow{AC}=\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AD}=\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AD}\).
\(\overrightarrow{CF}=\overrightarrow{AF}-\overrightarrow{AC}=3\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AD}=-\overrightarrow{AB}+2\overrightarrow{AD}\).
3. On compare : \(-2\overrightarrow{CE}=-\overrightarrow{AB}+2\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{CF}\).
[] \(\overrightarrow{CF}=-2\overrightarrow{CE}\) : les points \(C\), \(E\) et \(F\) sont alignés.
4. 💡 \(K\) milieu de \([EF]\) : \(\overrightarrow{AK}=\dfrac{1}{2}\left(\overrightarrow{AE}+\overrightarrow{AF}\right)\).
\(\overrightarrow{AK}=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AB}+3\overrightarrow{AD}\right)=\dfrac{3}{4}\overrightarrow{AB}+\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AD}\).
5. \(\overrightarrow{CK}=\overrightarrow{AK}-\overrightarrow{AC}=\dfrac{3}{4}\overrightarrow{AB}+\dfrac{3}{2}\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AD}=-\dfrac{1}{4}\overrightarrow{AB}+\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AD}\).
Or \(-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{CE}=-\dfrac{1}{4}\overrightarrow{AB}+\dfrac{1}{2}\overrightarrow{AD}\).
[!] \(\overrightarrow{CK}=-\dfrac{1}{2}\overrightarrow{CE}\)

Exercice 4 (3 pts)

Soit \(ABC\) un triangle et \(I\) le milieu de \([AB]\). La parallèle à \((BC)\) passant par \(I\) coupe \((AC)\) en \(J\).
1. En utilisant une projection que l'on précisera, montrer que \(J\) est le milieu de \([AC]\).
2. Soit \(K\) le point de \([BC]\) tel que \(\overrightarrow{BK}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BC}\) et \(L\) son projeté sur \((AB)\) parallèlement à \((AC)\). Montrer que \(\overrightarrow{BL}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BA}\).
✅ Correction de l’exercice 4 — التصحيح
1. On utilise la projection \(p\) sur \((AC)\) parallèlement à \((BC)\) :
@fig {"type":"geo","width":330,"points":{"A":[0,0],"B":[6,0],"C":[2,4.5],"I":[3,0],"J":[1,2.25],"K":[4.67,1.5],"L":[4,0]},"polys":["ABC"],"segs":[{"s":"IJ","dash":true,"color":"accent"},{"s":"KL","dash":true,"color":"blue"}]}
\(p(A)=A\) (car \(A\in(AC)\)) ; \(p(B)=C\) (la parallèle à \((BC)\) par \(B\) est \((BC)\)) ; \(p(I)=J\) (par définition de \(J\)).
💡 Une projection conserve le milieu : le projeté du milieu d'un segment est le milieu du segment projeté.
\(I\) est le milieu de \([AB]\), donc \(J=p(I)\) est le milieu de \([p(A)p(B)]=[AC]\).
2. Projection \(q\) sur \((AB)\) parallèlement à \((AC)\) : \(q(B)=B\), \(q(C)=A\) (la parallèle à \((AC)\) par \(C\) est \((AC)\)) et \(q(K)=L\).
💡 Une projection conserve le coefficient de colinéarité.
\(\overrightarrow{BK}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BC}\) avec \(B\mapsto B\), \(K\mapsto L\), \(C\mapsto A\) donne :
[!] \(\overrightarrow{BL}=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{BA}\)

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