درس Équations, inéquations et systèmes — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «Équations, inéquations et systèmes» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Premier degré - Équation produit et quotient - Tableaux de signes - Second degré et discriminant - Systèmes et déterminant - Régionnement. Cours Équations, inéquations et systèmes — Tronc commun…

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Équations du premier degré

Définition

Une équation du premier degré est une équation de la forme $ax+b=0$ avec $a\neq0$ :

$ax+b=0\iff x=-\dfrac{b}{a}$ ; $S=\left\{-\dfrac{b}{a}\right\}$

Exemple

$2x-13=-3x+2\iff5x=15\iff x=3$ ; $S=\{3\}$

$x-4=9x+6+2x\iff-10x=10\iff x=-1$ ; $S=\{-1\}$

Équation produit

Théorème

Un produit de facteurs est nul si et seulement si l’un des facteurs est nul :

$f(x)\times g(x)=0\iff f(x)=0$ ou $g(x)=0$

Exemple

$(x+1)(2x+4)-(x-7)(x+1)=0\iff(x+1)\left[(2x+4)-(x-7)\right]=0$

$\iff(x+1)(x+11)=0$

$S=\{-11;-1\}$

Théorème L’équation $x^2=a$

  • si $a>0$ : deux solutions, $S=\left\{-\sqrt{a};\sqrt{a}\right\}$ ;
  • si $a=0$ : une solution, $S=\{0\}$ ;
  • si $a<0$ : aucune solution, $S=\emptyset$.

Preuve pour $a>0$ : $x^2-a=\left(x-\sqrt{a}\right)\left(x+\sqrt{a}\right)=0$.

Exemple

$(x+2)^2-9=0\iff(x+2-3)(x+2+3)=0\iff(x-1)(x+5)=0$

$S=\{-5;1\}$

Équation quotient

Théorème

$\dfrac{f(x)}{g(x)}=0\iff g(x)\neq0$ et $f(x)=0$

$\dfrac{f(x)}{g(x)}=\dfrac{h(x)}{k(x)}\iff g(x)\neq0$ et $k(x)\neq0$ et $f(x)k(x)=g(x)h(x)$

Exemple

$\dfrac{x-2}{-x-1}=0$ : $x\neq-1$ et $x=2$, donc $S=\{2\}$.

$\dfrac{2x+1}{x}=\dfrac{2x}{x+4}$ : $x\neq0$, $x\neq-4$ et $(2x+1)(x+4)=2x^2\iff9x+4=0$.

$S=\left\{-\dfrac{4}{9}\right\}$

Inéquations du premier degré

Définition

Une inéquation du premier degré est de la forme $ax+b>0$ (ou $\geq$, $<$, $\leq$) avec $a\neq0$.

Propriété

On résout comme une équation, mais multiplier ou diviser par un nombre négatif change le sens de l’inégalité.

Exemple

$2x+3>0\iff x>-\dfrac{3}{2}$ ; $S=\left]-\dfrac{3}{2};+\infty\right[$

$3-5x\geq0\iff-5x\geq-3\iff x\leq\dfrac{3}{5}$ ; $S=\left]-\infty;\dfrac{3}{5}\right]$

Tableaux de signes

Propriété Signe de $ax+b$

$ax+b$ a le signe de $a$ à droite de $-\dfrac{b}{a}$, et le signe contraire à gauche :

Méthode Inéquation produit

Résoudre $(2x-4)(-x-5)\leq0$ : $2x-4=0\iff x=2$ et $-x-5=0\iff x=-5$. On dresse le tableau de signes :

$S=]-\infty;-5]\cup[2;+\infty[$

Méthode Inéquation quotient

Résoudre $\dfrac{-2x+4}{x+3}\geq0$ : attention à la valeur interdite $-3$ (double barre dans le tableau).

$S=]-3;2]$

Exemple

$(2x-1)^2<(2x-1)(x-4)\iff(2x-1)\left[(2x-1)-(x-4)\right]<0$

$\iff(2x-1)(x+3)<0$

$S=\left]-3;\dfrac{1}{2}\right[$

$\dfrac{2x+3}{x-1}\leq\dfrac{4x}{2x-3}\iff\dfrac{4x-9}{(x-1)(2x-3)}\leq0$ (après réduction au même dénominateur)

$S=]-\infty;1[\cup\left]\dfrac{3}{2};\dfrac{9}{4}\right]$

Équations du second degré

Définition

Un trinôme du second degré est une expression $ax^2+bx+c$ avec $a\neq0$ ; ses racines sont les solutions de $ax^2+bx+c=0$.

Exemple : $3$ est une racine de $2x^2-4x-6$ car $2\times9-12-6=0$.

Définition Forme canonique et discriminant

En posant $\Delta=b^2-4ac$ (le discriminant), on a la forme canonique :

$ax^2+bx+c=a\left[\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{\Delta}{4a^2}\right]$

Exemple : $x^2-8x+9=(x-4)^2-16+9=(x-4)^2-7$.

Théorème Résolution de $ax^2+bx+c=0$

  • $\Delta<0$ : pas de solution réelle ;
  • $\Delta=0$ : une solution (double) $x_0=-\dfrac{b}{2a}$ ;
  • $\Delta>0$ : deux solutions $x_1=\dfrac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}$ et $x_2=\dfrac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}$.

Exemple

| Équation | $\Delta$ | Solutions |

| $x^2-3x+4=0$ | $9-16=-7<0$ | aucune |

| $3x^2-\dfrac{7}{2}x+\dfrac{49}{48}=0$ | $\dfrac{49}{4}-\dfrac{49}{4}=0$ | $x_0=\dfrac{7}{12}$ |

| $3x^2-x-4=0$ | $1+48=49>0$ | $x_1=-1$ ; $x_2=\dfrac{4}{3}$ |

Théorème Factorisation et signe du trinôme

  • Si $\Delta>0$ : $ax^2+bx+c=a(x-x_1)(x-x_2)$ ; si $\Delta=0$ : $ax^2+bx+c=a(x-x_0)^2$.
  • Le trinôme est **du signe de $a$, sauf entre les racines** lorsqu’elles existent ; si $\Delta<0$, il garde le signe de $a$.

Exemple

$x^2-4x+1\geq0$ : $\Delta=12>0$, $x_1=2-\sqrt{3}$, $x_2=2+\sqrt{3}$ et $a=1>0$ :

$S=\left]-\infty;2-\sqrt{3}\right]\cup\left[2+\sqrt{3};+\infty\right[$

Systèmes

Définition Équation du premier degré à deux inconnues

Résoudre dans $\mathbb{R}^2$ l’équation $ax+by+c=0$, c’est trouver tous les couples $(x;y)$ qui la vérifient. Si $b\neq0$ :

$S=\left\{\left(t;-\dfrac{c}{b}-\dfrac{a}{b}t\right)/t\in\mathbb{R}\right\}$

(Si $a=b=0$ : $S=\mathbb{R}^2$ si $c=0$, $S=\emptyset$ sinon.)

Propriété Système de deux équations : méthode des déterminants

$(S):\begin{cases}ax+by=c\\a^{\prime}x+b^{\prime}y=c^{\prime}\end{cases}$ ; $\Delta=\begin{vmatrix}a&b\\a^{\prime}&b^{\prime}\end{vmatrix}=ab^{\prime}-a^{\prime}b$

$\Delta_x=\begin{vmatrix}c&b\\c^{\prime}&b^{\prime}\end{vmatrix}=cb^{\prime}-c^{\prime}b$ ; $\Delta_y=\begin{vmatrix}a&c\\a^{\prime}&c^{\prime}\end{vmatrix}=ac^{\prime}-a^{\prime}c$

  • Si $\Delta\neq0$ : solution unique $\left(\dfrac{\Delta_x}{\Delta};\dfrac{\Delta_y}{\Delta}\right)$.
  • Si $\Delta=0$ : aucune solution ou une infinité de solutions.

Exemple

$\begin{cases}2x+3y=12\\x-y=1\end{cases}$ : $\Delta=2\times(-1)-1\times3=-5$ ; $\Delta_x=12\times(-1)-1\times3=-15$ ; $\Delta_y=2\times1-1\times12=-10$

$S=\{(3;2)\}$

Remarque Interprétation géométrique

Résoudre $(S)$ revient à chercher l’intersection des droites $ax+by=c$ et $a^{\prime}x+b^{\prime}y=c^{\prime}$ : sécantes si $\Delta\neq0$ (une solution), parallèles si $\Delta=0$.

Méthode Résolution graphique d’un système d’inéquations

$(S):\begin{cases}2x+3y-12\geq0\\x+y-6\leq0\end{cases}$

  • $2x+3y-12\geq0$ : pour $O$ on obtient $-12<0$ : demi-plan de frontière $2x+3y=12$ ne contenant pas $O$.
  • $x+y-6\leq0$ : pour $O$ on obtient $-6\leq0$ : demi-plan de frontière $x+y=6$ contenant $O$.

Les solutions sont les points de la région située entre les deux droites (au-dessus de la première, au-dessous de la seconde)

À retenir

  • Produit nul : un facteur nul ; quotient : dénominateur non nul ; diviser par un négatif change le sens.
  • $\Delta=b^2-4ac$ : $0$, $1$ ou $2$ racines ; trinôme du signe de $a$ sauf entre les racines.
  • Système : $\Delta=ab^{\prime}-a^{\prime}b\neq0$ ⇒ solution unique $\left(\dfrac{\Delta_x}{\Delta};\dfrac{\Delta_y}{\Delta}\right)$.

النسخة العربية

معادلات الدرجة الأولى

تعريف

معادلة من الدرجة الأولى هي معادلة على الشكل $ax+b=0$ مع $a\neq0$ :

$ax+b=0\iff x=-\dfrac{b}{a}$ ; $S=\left\{-\dfrac{b}{a}\right\}$

مثال

$2x-13=-3x+2\iff5x=15\iff x=3$ ; $S=\{3\}$

$x-4=9x+6+2x\iff-10x=10\iff x=-1$ ; $S=\{-1\}$

المعادلة الجداء

مبرهنة

يكون جداء عوامل منعدماً إذا وفقط إذا كان أحد العوامل منعدماً :

$f(x)\times g(x)=0\iff f(x)=0$ أو $g(x)=0$

مثال

$(x+1)(2x+4)-(x-7)(x+1)=0\iff(x+1)\left[(2x+4)-(x-7)\right]=0$

$\iff(x+1)(x+11)=0$

$S=\{-11;-1\}$

مبرهنة المعادلة $x^2=a$

  • إذا كان $a>0$ : حلان، $S=\left\{-\sqrt{a};\sqrt{a}\right\}$ ؛
  • إذا كان $a=0$ : حل وحيد، $S=\{0\}$ ؛
  • إذا كان $a<0$ : لا يوجد حل، $S=\emptyset$.

البرهان من أجل $a>0$ : $x^2-a=\left(x-\sqrt{a}\right)\left(x+\sqrt{a}\right)=0$.

مثال

$(x+2)^2-9=0\iff(x+2-3)(x+2+3)=0\iff(x-1)(x+5)=0$

$S=\{-5;1\}$

المعادلة الخارج

مبرهنة

$\dfrac{f(x)}{g(x)}=0\iff g(x)\neq0$ و $f(x)=0$

$\dfrac{f(x)}{g(x)}=\dfrac{h(x)}{k(x)}\iff g(x)\neq0$ و $k(x)\neq0$ و $f(x)k(x)=g(x)h(x)$

مثال

$\dfrac{x-2}{-x-1}=0$ : $x\neq-1$ و $x=2$، إذن $S=\{2\}$.

$\dfrac{2x+1}{x}=\dfrac{2x}{x+4}$ : $x\neq0$ و $x\neq-4$ و $(2x+1)(x+4)=2x^2\iff9x+4=0$.

$S=\left\{-\dfrac{4}{9}\right\}$

متراجحات الدرجة الأولى

تعريف

متراجحة من الدرجة الأولى هي على الشكل $ax+b>0$ (أو $\geq$ أو $<$ أو $\leq$) مع $a\neq0$.

خاصية

نحل كما في المعادلة، لكن الضرب أو القسمة على عدد سالب يغير منحى المتفاوتة.

مثال

$2x+3>0\iff x>-\dfrac{3}{2}$ ; $S=\left]-\dfrac{3}{2};+\infty\right[$

$3-5x\geq0\iff-5x\geq-3\iff x\leq\dfrac{3}{5}$ ; $S=\left]-\infty;\dfrac{3}{5}\right]$

جداول الإشارة

خاصية إشارة $ax+b$

$ax+b$ له إشارة $a$ على يمين $-\dfrac{b}{a}$، والإشارة المعاكسة على يساره :

طريقة متراجحة جداء

حل $(2x-4)(-x-5)\leq0$ : $2x-4=0\iff x=2$ و $-x-5=0\iff x=-5$. ننشئ جدول الإشارة :

$S=]-\infty;-5]\cup[2;+\infty[$

طريقة متراجحة خارج

حل $\dfrac{-2x+4}{x+3}\geq0$ : انتبه إلى القيمة الممنوعة $-3$ (خط مزدوج في الجدول).

$S=]-3;2]$

مثال

$(2x-1)^2<(2x-1)(x-4)\iff(2x-1)\left[(2x-1)-(x-4)\right]<0$

$\iff(2x-1)(x+3)<0$

$S=\left]-3;\dfrac{1}{2}\right[$

$\dfrac{2x+3}{x-1}\leq\dfrac{4x}{2x-3}\iff\dfrac{4x-9}{(x-1)(2x-3)}\leq0$ (بعد التوحيد)

$S=]-\infty;1[\cup\left]\dfrac{3}{2};\dfrac{9}{4}\right]$

معادلات الدرجة الثانية

تعريف

ثلاثية الحدود من الدرجة الثانية هي تعبير $ax^2+bx+c$ مع $a\neq0$ ؛ وجذورها هي حلول $ax^2+bx+c=0$.

مثال : $3$ جذر لـ $2x^2-4x-6$ لأن $2\times9-12-6=0$.

تعريف الشكل النموذجي والمميز

بوضع $\Delta=b^2-4ac$ (المميز)، نحصل على الشكل النموذجي :

$ax^2+bx+c=a\left[\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{\Delta}{4a^2}\right]$

مثال : $x^2-8x+9=(x-4)^2-16+9=(x-4)^2-7$.

مبرهنة حل $ax^2+bx+c=0$

  • $\Delta<0$ : لا يوجد حل حقيقي ؛
  • $\Delta=0$ : حل وحيد (مزدوج) $x_0=-\dfrac{b}{2a}$ ؛
  • $\Delta>0$ : حلان $x_1=\dfrac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}$ و $x_2=\dfrac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}$.

مثال

| المعادلة | $\Delta$ | الحلول |

| $x^2-3x+4=0$ | $9-16=-7<0$ | لا توجد |

| $3x^2-\dfrac{7}{2}x+\dfrac{49}{48}=0$ | $\dfrac{49}{4}-\dfrac{49}{4}=0$ | $x_0=\dfrac{7}{12}$ |

| $3x^2-x-4=0$ | $1+48=49>0$ | $x_1=-1$ ; $x_2=\dfrac{4}{3}$ |

مبرهنة تعميل ثلاثية الحدود وإشارتها

  • إذا كان $\Delta>0$ : $ax^2+bx+c=a(x-x_1)(x-x_2)$ ؛ إذا كان $\Delta=0$ : $ax^2+bx+c=a(x-x_0)^2$.
  • ثلاثية الحدود **لها إشارة $a$، إلا بين الجذرين** إذا وُجدا ؛ وإذا كان $\Delta<0$ فهي تحافظ على إشارة $a$.

مثال

$x^2-4x+1\geq0$ : $\Delta=12>0$، $x_1=2-\sqrt{3}$، $x_2=2+\sqrt{3}$ و $a=1>0$ :

$S=\left]-\infty;2-\sqrt{3}\right]\cup\left[2+\sqrt{3};+\infty\right[$

النظمات

تعريف معادلة من الدرجة الأولى بمجهولين

حل المعادلة $ax+by+c=0$ في $\mathbb{R}^2$ هو إيجاد كل الأزواج $(x;y)$ التي تحققها. إذا كان $b\neq0$ :

$S=\left\{\left(t;-\dfrac{c}{b}-\dfrac{a}{b}t\right)/t\in\mathbb{R}\right\}$

(إذا كان $a=b=0$ : $S=\mathbb{R}^2$ إذا كان $c=0$، و $S=\emptyset$ إذا لم يكن كذلك.)

خاصية نظمة معادلتين : طريقة المحددات

$(S):\begin{cases}ax+by=c\\a^{\prime}x+b^{\prime}y=c^{\prime}\end{cases}$ ; $\Delta=\begin{vmatrix}a&b\\a^{\prime}&b^{\prime}\end{vmatrix}=ab^{\prime}-a^{\prime}b$

$\Delta_x=\begin{vmatrix}c&b\\c^{\prime}&b^{\prime}\end{vmatrix}=cb^{\prime}-c^{\prime}b$ ; $\Delta_y=\begin{vmatrix}a&c\\a^{\prime}&c^{\prime}\end{vmatrix}=ac^{\prime}-a^{\prime}c$

  • إذا كان $\Delta\neq0$ : حل وحيد $\left(\dfrac{\Delta_x}{\Delta};\dfrac{\Delta_y}{\Delta}\right)$.
  • إذا كان $\Delta=0$ : لا يوجد حل أو عدد لانهائي من الحلول.

مثال

$\begin{cases}2x+3y=12\\x-y=1\end{cases}$ : $\Delta=2\times(-1)-1\times3=-5$ ; $\Delta_x=12\times(-1)-1\times3=-15$ ; $\Delta_y=2\times1-1\times12=-10$

$S=\{(3;2)\}$

ملاحظة التأويل الهندسي

حل $(S)$ يعود إلى البحث عن تقاطع المستقيمين $ax+by=c$ و $a^{\prime}x+b^{\prime}y=c^{\prime}$ : متقاطعان إذا كان $\Delta\neq0$ (حل وحيد)، ومتوازيان إذا كان $\Delta=0$.

طريقة الحل المبياني لنظمة متراجحات

$(S):\begin{cases}2x+3y-12\geq0\\x+y-6\leq0\end{cases}$

  • $2x+3y-12\geq0$ : من أجل $O$ نحصل على $-12<0$ : نصف المستوى الذي حده $2x+3y=12$ ولا يحتوي على $O$.
  • $x+y-6\leq0$ : من أجل $O$ نحصل على $-6\leq0$ : نصف المستوى الذي حده $x+y=6$ ويحتوي على $O$.

الحلول هي نقط الجزء الواقع بين المستقيمين (فوق الأول وتحت الثاني)

للحفظ

  • جداء منعدم : أحد العوامل منعدم ؛ خارج : المقام غير منعدم ؛ القسمة على سالب تغير المنحى.
  • $\Delta=b^2-4ac$ : $0$ أو $1$ أو $2$ جذر ؛ ثلاثية الحدود لها إشارة $a$ إلا بين الجذرين.
  • النظمة : $\Delta=ab^{\prime}-a^{\prime}b\neq0$ ⇐ حل وحيد $\left(\dfrac{\Delta_x}{\Delta};\dfrac{\Delta_y}{\Delta}\right)$.

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