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Maths Clairesmathsclaires.com/1ere-enseignement-scientifique/01-automatismes-evolutions1ère ens. scientifique
1ère ens. scientifique · Chapitre 1 · Nombres et calculs

Automatismes et évolutions

30 exercices corrigés

Cours

À quoi ça sert ?

« Les prix ont augmenté de \(5\,\%\) », « \(3\) élèves sur \(4\) ont réussi », « le chômage a baissé de \(2\) points » : chaque jour, les médias parlent en pourcentages et en graphiques. Savoir les lire sans se tromper, c'est un outil de citoyen. C'est aussi la première partie de l'épreuve anticipée de mathématiques de juin : \(6\) points de questions courtes, sans calculatrice. Avec ce chapitre, tu sauras :

  • calculer une proportion, une hausse, une baisse, et retrouver une valeur de départ ;
  • enchaîner plusieurs évolutions et revenir en arrière ;
  • développer, factoriser, résoudre une équation produit nul et étudier un signe ;
  • lire un graphique : droite, courbe, diagramme statistique.

1 Proportions et pourcentages

Un pourcentage, c'est une fraction de dénominateur \(100\) : « \(30\,\%\) » veut dire « \(30\) sur \(100\) ».

L'intuition

Dans une classe de \(24\) élèves, \(18\) ont la moyenne. La part des élèves qui ont la moyenne est \(\dfrac{18}{24} = \dfrac{3}{4} = 0{,}75\), soit \(75\,\%\) : c'est comme si \(75\) élèves sur \(100\) avaient la moyenne.

Définition

La proportion (ou fréquence) d'une sous-population de \(n_A\) éléments dans une population de \(n\) éléments est \(p = \dfrac{n_A}{n}\). C'est un nombre entre \(0\) et \(1\), qu'on peut écrire en pourcentage. Prendre \(t\,\%\) d'une quantité, c'est la multiplier par \(\dfrac{t}{100}\).

Méthode — calcul mental

\(10\,\%\), c'est diviser par \(10\) ; \(50\,\%\), c'est diviser par \(2\) ; \(25\,\%\), c'est diviser par \(4\) ; \(20\,\%\), c'est \(2 \times 10\,\%\) ; \(5\,\%\), c'est la moitié de \(10\,\%\).

Exemple guidé — deux calculs sans calculatrice

Étape 1 — \(20\,\%\) de \(45\). \(10\,\%\) de \(45\) font \(4{,}5\), donc \(20\,\%\) font \(2 \times 4{,}5 = \boxed{9}\).

Étape 2 — Quelle part représentent \(12\) élèves sur \(48\) ? \(\dfrac{12}{48} = \dfrac{1}{4} = 0{,}25\), soit \(\boxed{25\,\%}\).

🔍 Vérification : \(25\,\%\) de \(48\), c'est \(48 \div 4 = 12\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ « \(20\,\%\) de \(45\), c'est \(45 - 20 = 25\). » ✅ On multiplie : \(45 \times 0{,}2 = 9\).
  • ❌ Additionner des pourcentages de populations différentes. ✅ \(50\,\%\) des filles et \(30\,\%\) des garçons ne font pas \(80\,\%\) des élèves.
À toi !

Calcule \(35\,\%\) de \(60\), puis la part (en pourcentage) que représentent \(9\) réussites sur \(36\) essais.

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\(10\,\%\) de \(60\) font \(6\), \(5\,\%\) font \(3\), donc \(35\,\%\) font \(3 \times 6 + 3 = 21\). Et \(\dfrac{9}{36} = \dfrac{1}{4} = 25\,\%\).

À retenir

Proportion \(= \dfrac{\text{partie}}{\text{total}}\) ; \(t\,\%\) d'une quantité \(=\) quantité \(\times \dfrac{t}{100}\).

2 Taux d'évolution et coefficient multiplicateur

Quand une grandeur passe d'une valeur à une autre, on décrit le changement par un taux d'évolution, ou par le nombre par lequel on a multiplié.

L'intuition

Un pull à \(40\) € augmente de \(15\,\%\). On garde le prix (\(100\,\%\)) et on ajoute \(15\,\%\) : on paie \(115\,\%\) du prix, soit \(40 \times 1{,}15 = 46\) €. Le nombre \(1{,}15\) est le coefficient multiplicateur.

Définition

Une grandeur passe d'une valeur initiale \(V_0\) à une valeur finale \(V_1\) (avec \(V_0 \ne 0\)).

  • Le taux d'évolution est \(t = \dfrac{V_1 - V_0}{V_0}\) ; on l'écrit souvent en pourcentage. Il est positif pour une hausse, négatif pour une baisse.
  • Le coefficient multiplicateur est \(CM = \dfrac{V_1}{V_0}\), et on a \(CM = 1 + t\).
Propriété

\(V_1 = V_0 \times (1 + t)\) et \(V_0 = \dfrac{V_1}{1 + t}\). En mots : pour trouver la valeur d'arrivée, on multiplie par le coefficient ; pour retrouver la valeur de départ, on divise par le coefficient.

Exemple guidé — le pull

Étape 1 — Le taux. Le prix passe de \(80\) € à \(92\) € : \(t = \dfrac{92 - 80}{80} = \dfrac{12}{80} = 0{,}15\), soit une hausse de \(\boxed{15\,\%}\).

Étape 2 — Retrouver un prix de départ. Après une hausse de \(15\,\%\), un article coûte \(92\) €. Avant, il coûtait \(\dfrac{92}{1{,}15} = \boxed{80 \text{ €}}\).

🔍 Vérification : \(80 \times 1{,}15 = 92\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ Diviser par la valeur finale pour calculer le taux. ✅ On divise toujours par la valeur de départ \(V_0\).
  • ❌ Retrouver le prix avant une hausse de \(15\,\%\) en enlevant \(15\,\%\) du nouveau prix : \(92 \times 0{,}85 = 78{,}20\) €. ✅ On divise par \(1{,}15\) : \(80\) €.
  • ❌ Baisse de \(30\,\%\) → \(CM = 0{,}3\). ✅ \(CM = 1 - 0{,}3 = 0{,}7\).
À toi !

Un prix passe de \(250\) € à \(230\) €. Quel est le taux d'évolution ? Puis calcule le prix d'un article à \(75\) € après une hausse de \(8\,\%\).

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\(t = \dfrac{230 - 250}{250} = \dfrac{-20}{250} = -0{,}08\), soit une baisse de \(8\,\%\). Et \(75 \times 1{,}08 = 81\) €.

À retenir

\(t = \dfrac{V_1 - V_0}{V_0}\), \(CM = 1 + t\), \(V_1 = V_0 \times CM\), \(V_0 = \dfrac{V_1}{CM}\).

3 Évolutions successives et évolution réciproque

Quand plusieurs évolutions se suivent, les pourcentages ne s'additionnent pas : ce sont les coefficients qui se multiplient.

L'intuition

Un prix de \(100\) € augmente de \(10\,\%\) (il passe à \(110\) €), puis baisse de \(10\,\%\). La baisse porte sur \(110\) € : on enlève \(11\) €, on arrive à \(99\) €. On ne revient pas à \(100\) € !

Propriété — évolutions successives

Si une grandeur subit des évolutions de coefficients \(CM_1\), puis \(CM_2\), le coefficient global est \[CM = CM_1 \times CM_2,\] et le taux global est \(CM - 1\).

Propriété — évolution réciproque

Pour revenir à la valeur de départ après une évolution de coefficient \(CM\), il faut une évolution de coefficient \(\dfrac{1}{CM}\).

Exemple guidé — hausse puis baisse, et retour en arrière

Étape 1 — Hausse de \(10\,\%\) puis baisse de \(10\,\%\). \(CM = 1{,}1 \times 0{,}9 = 0{,}99\), donc \(t = 0{,}99 - 1 = -0{,}01\) : une baisse globale de \(\boxed{1\,\%}\).

Étape 2 — Annuler une hausse de \(25\,\%\). \(\dfrac{1}{1{,}25} = 0{,}8\) : il faut une baisse de \(\boxed{20\,\%}\).

🔍 Vérification : \(100 \to 125 \to 125 \times 0{,}8 = 100\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ « \(+10\,\%\) puis \(-10\,\%\), ça fait \(0\,\%\). » ✅ On multiplie : \(1{,}1 \times 0{,}9 = 0{,}99\), soit \(-1\,\%\).
  • ❌ « Pour annuler \(+25\,\%\), il faut \(-25\,\%\). » ✅ Il faut \(-20\,\%\), car la baisse porte sur une valeur plus grande.
À toi !

Un prix augmente de \(20\,\%\) puis de \(30\,\%\). Quel est le taux global ? Quelle évolution annule une baisse de \(20\,\%\) ?

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\(1{,}2 \times 1{,}3 = 1{,}56\), soit une hausse globale de \(56\,\%\) (et non \(50\,\%\)). Et \(\dfrac{1}{0{,}8} = 1{,}25\) : une hausse de \(25\,\%\) annule une baisse de \(20\,\%\).

À retenir

Évolutions successives → on multiplie les coefficients ; évolution réciproque → coefficient \(\dfrac{1}{CM}\).

4 Calcul algébrique et signe d'une expression

Les automatismes de calcul servent dans tous les chapitres : développer, factoriser, résoudre une équation produit nul, étudier un signe.

Rappels
  • Développer, c'est transformer un produit en somme : \(k(a + b) = ka + kb\) et \((a + b)(c + d) = ac + ad + bc + bd\).
  • Identités remarquables : \((a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\), \((a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\), \((a - b)(a + b) = a^2 - b^2\).
  • Factoriser, c'est transformer une somme en produit, par exemple avec un facteur commun : \(ka + kb = k(a + b)\).
  • Équation produit nul : \(A \times B = 0\) si, et seulement si, \(A = 0\) ou \(B = 0\).
Signe d'une expression du premier degré

\(ax + b\) (avec \(a \ne 0\)) s'annule en \(x = -\dfrac{b}{a}\) ; elle a le signe de \(a\) à droite de cette valeur et le signe contraire à gauche. Signe d'un produit : on fait un tableau de signes, une ligne par facteur ; on applique la règle des signes.

Exemple guidé — développer, factoriser, résoudre

Étape 1 — Développer \((x - 3)(2x + 1)\). \(x \times 2x + x \times 1 - 3 \times 2x - 3 \times 1 = 2x^2 + x - 6x - 3 = \boxed{2x^2 - 5x - 3}\).

Étape 2 — Factoriser \(x^2 - 9\). C'est \(a^2 - b^2\) avec \(a = x\) et \(b = 3\) : \(\boxed{(x - 3)(x + 3)}\).

Étape 3 — Résoudre \((x - 3)(x + 3) = 0\). Produit nul : \(x - 3 = 0\) ou \(x + 3 = 0\), donc \(x = 3\) ou \(x = -3\).

🔍 Vérification : \(3^2 - 9 = 0\) ✓ et \((-3)^2 - 9 = 0\) ✓.

Exemple guidé — signe de \((x - 2)(x + 3)\)
\(x\) \(-\infty\) \(-3\) \(2\) \(+\infty\)
\(x + 3\) \(-\) \(0\) \(+\) \(+\)
\(x - 2\) \(-\) \(-\) \(0\) \(+\)
produit \(+\) \(0\) \(-\) \(0\) \(+\)

Le produit est négatif entre \(-3\) et \(2\), positif à l'extérieur.

🔍 Vérification : en \(x = 0\), \((0 - 2)(0 + 3) = -6 < 0\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ \((2x + 1)^2 = 4x^2 + 1\). ✅ \((2x + 1)^2 = 4x^2 + 4x + 1\) : on n'oublie pas le double produit.
  • ❌ Résoudre \((x - 3)(x + 3) = 0\) en développant. ✅ On utilise directement le produit nul.
  • ❌ Signe de \(-3x + 12\) : « positif à droite de \(4\) ». ✅ Le coefficient \(-3\) est négatif : l'expression est négative à droite de \(4\).
À toi !

Résous \((2x - 3)(x + 1) = 0\).

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\(2x - 3 = 0\) donne \(x = \dfrac{3}{2}\) ; \(x + 1 = 0\) donne \(x = -1\). Les solutions sont \(-1\) et \(\dfrac{3}{2}\).

À retenir

Produit nul → chaque facteur peut être nul ; \(ax + b\) a le signe de \(a\) à droite de \(-\dfrac{b}{a}\) ; pour un produit, tableau de signes.

5 Droites et lectures graphiques

Beaucoup de questions se résolvent en regardant un graphique, à condition de savoir quoi lire.

Droite d'équation \(y = mx + p\)

\(m\) est le coefficient directeur (de combien \(y\) augmente quand \(x\) augmente de \(1\)) et \(p\) l'ordonnée à l'origine (la valeur de \(y\) pour \(x = 0\)). Si la droite passe par \(A(x_A \,;\, y_A)\) et \(B(x_B \,;\, y_B)\), avec \(x_A \ne x_B\), \[m = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}.\]

Exemple

Exemple guidé — la droite passant par \(A(1 \,;\, 2)\) et \(B(3 \,;\, 8)\)

Étape 1 — Le coefficient directeur. \(m = \dfrac{8 - 2}{3 - 1} = \dfrac{6}{2} = 3\).

Étape 2 — L'ordonnée à l'origine. \(A\) est sur la droite : \(2 = 3 \times 1 + p\), donc \(p = -1\). Équation : \(\boxed{y = 3x - 1}\).

🔍 Vérification : avec \(B\), \(3 \times 3 - 1 = 8\) ✓.

Méthode — lire une courbe
  • Image de \(a\) : on part de \(a\) sur l'axe des abscisses, on monte jusqu'à la courbe, on lit l'ordonnée.
  • Résoudre \(f(x) = k\) : on trace la droite horizontale \(y = k\) et on lit les abscisses des points d'intersection.
  • Résoudre \(f(x) < k\) : on lit les abscisses des points de la courbe situés sous la droite \(y = k\).
  • Signe de \(f\) : la courbe au-dessus de l'axe des abscisses → \(f(x) > 0\) ; en dessous → \(f(x) < 0\).
−1 1 2 3 4 5 6 −2 −1 1 2 3 4 5 O courbe de f
Courbe d'une fonction f sur l'intervalle de -1 à 6, sur un quadrillage.
Exemple guidé — lire la courbe ci-dessus

Étape 1 — Résoudre \(f(x) = 0\). La courbe coupe l'axe des abscisses en \(x = 1\) et \(x = 4\) : les solutions sont \(1\) et \(4\).

Étape 2 — Signe de \(f\). La courbe est sous l'axe entre \(1\) et \(4\) : \(f(x) < 0\) sur \(]1 \,;\, 4[\), et \(f(x) > 0\) sur \([-1 \,;\, 1[\) et sur \(]4 \,;\, 6]\).

Étape 3 — Variations. La courbe descend jusqu'à son point le plus bas (vers \(x = 2{,}5\)), puis remonte : \(f\) est décroissante sur \([-1 \,;\, 2{,}5]\) et croissante sur \([2{,}5 \,;\, 6]\).

🔍 Vérification : le point le plus bas est entre les deux zéros \(1\) et \(4\), au milieu (\(2{,}5\)), car la courbe est symétrique ✓.

Lire des statistiques

La moyenne est la somme des valeurs divisée par l'effectif ; la médiane partage la série rangée en deux moitiés ; sur un diagramme en boîte, on lit le minimum, le premier quartile \(Q_1\), la médiane, le troisième quartile \(Q_3\) et le maximum (au moins un quart des valeurs sont inférieures ou égales à \(Q_1\), au moins trois quarts inférieures ou égales à \(Q_3\)).

Erreurs fréquentes
  • ❌ Pour résoudre \(f(x) = 2\), donner des ordonnées. ✅ Les solutions sont des abscisses (des valeurs de \(x\)).
  • ❌ Lire l'origine du repère ou les graduations trop vite. ✅ On vérifie toujours les unités de chaque axe.
  • ❌ Inverser dans le coefficient directeur : \(\dfrac{x_B - x_A}{y_B - y_A}\). ✅ Les \(y\) en haut, les \(x\) en bas.
À toi !

Une droite passe par \(A(0 \,;\, -1)\) et \(B(2 \,;\, 5)\). Donne son équation réduite. Puis, sur la courbe ci-dessus, résous \(f(x) = 2\).

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\(m = \dfrac{5 - (-1)}{2 - 0} = 3\) et \(p = -1\) (ordonnée de \(A\), qui est sur l'axe des ordonnées) : \(y = 3x - 1\). Sur la courbe, \(f(x) = 2\) pour \(x = 0\) et \(x = 5\).

À retenir

\(m = \dfrac{y_B - y_A}{x_B - x_A}\) ; résoudre graphiquement, c'est lire des abscisses ; courbe au-dessus de l'axe → \(f > 0\).


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