Mathématiques • Seconde

Exercices corrigés :
Comparaison, ordre et encadrement

Les 10 exercices
\( a \leq b \Leftrightarrow b - a \geq 0 \)
Comparaison de deux nombres réels
Exercice 1
Comparez les nombres 3/4 et 0,75. Justifiez votre réponse.
Exercice 2
Comparez √2 et 1,4. Donnez un encadrement de √2 à 0,1 près.
Exercice 3
Si a < b, que peut-on dire de a+3 et b+3 ? Et de a-2 et b-2 ?
Exercice 4
Comparez -5 et -3. Quel est le plus grand ? Justifiez.
Exercice 5
Encadrez π à 0,01 près. Où se situe π sur la droite graduée ?
Exercice 6
Si a < b et c > 0, comparez ac et bc. Que se passe-t-il si c < 0 ?
Exercice 7
Trouvez un encadrement de x² si 1 ≤ x ≤ 2.
Exercice 8
Comparez 1/a et 1/b si 0 < a < b. Justifiez.
Exercice 9
Résolvez l'inéquation 2x + 3 < 7. Donnez l'encadrement de x.
Exercice 10
Expliquez pourquoi l'ordre sur ℝ est compatible avec l'addition et la multiplication.
📊
Propriétés de l'ordre : Réflexivité, antisymétrie, transitivité
🔄
Compatibilité : Avec l'addition et la multiplication
📏
Encadrement : a ≤ x ≤ b signifie x ∈ [a ; b]
💡
Pour comparer deux nombres, étudiez le signe de leur différence
📊
L'addition conserve l'ordre, la multiplication par un positif aussi
🔍
Multiplier par un négatif inverse l'ordre
Corrigé : Exercices 1 à 5
1 Comparaison de 3/4 et 0,75

Méthode 1 : Convertir en fraction

0,75 = 75/100 = 3/4

Méthode 2 : Convertir en décimal

3/4 = 0,75

Donc 3/4 = 0,75

Réponse :

3/4 = 0,75

Méthode :

Pour comparer deux nombres, on peut :

  1. Calculer leur différence et étudier son signe
  2. Les convertir dans le même format (décimal ou fraction)
  3. Utiliser une approximation
Règle appliquée :

Pour comparer deux nombres a et b, on étudie le signe de b - a :

  • Si b - a > 0, alors a < b
  • Si b - a = 0, alors a = b
  • Si b - a < 0, alors a > b
2 Comparaison de √2 et 1,4

Sachant que 1,4² = 1,96 et (√2)² = 2

Comme 1,96 < 2, on a 1,4² < (√2)²

Comme 1,4 > 0 et √2 > 0, on obtient 1,4 < √2

Pour l'encadrement à 0,1 près :

1,4² = 1,96 et 1,5² = 2,25

Donc 1,4 < √2 < 1,5

Réponse :

√2 > 1,4 et 1,4 < √2 < 1,5

Définition :

Un encadrement d'amplitude e d'un nombre x est une double inégalité a ≤ x ≤ b où b - a = e.

Règle appliquée :

Pour comparer des nombres irrationnels, on peut comparer leurs carrés (si positifs) ou utiliser des approximations décimales.

3 Conservation de l'ordre par addition

Si a < b, alors :

a + 3 < b + 3 (ajout de 3 à chaque membre)

a - 2 < b - 2 (soustraction de 2 à chaque membre)

Cela découle de la compatibilité de l'ordre avec l'addition.

Réponse :

a + 3 < b + 3 et a - 2 < b - 2

Règle appliquée :

L'addition conserve l'ordre : si a < b, alors a + c < b + c pour tout c ∈ ℝ.

Méthode :

Sur la droite graduée, ajouter un même nombre revient à effectuer une translation, qui préserve l'ordre.

4 Comparaison de nombres négatifs

Sur la droite graduée, -5 est à gauche de -3

Donc -5 < -3

Autrement dit, -3 est le plus grand

On peut aussi calculer : (-3) - (-5) = -3 + 5 = 2 > 0

Réponse :

-3 est plus grand que -5

Règle appliquée :

Entre deux nombres négatifs, le plus grand est celui qui a la plus petite distance à zéro (valeur absolue).

💡
Pour comparer des nombres négatifs, on peut comparer leurs opposés : si a < b < 0, alors -a > -b > 0
5 Encadrement de π

On sait que π ≈ 3,14159...

Donc 3,14 < π < 3,15

Sur la droite graduée, π est entre 3,14 et 3,15

Plus précisément : 3,141 < π < 3,142

Réponse :

3,14 < π < 3,15

Définition :

π est le rapport constant entre la circonférence d'un cercle et son diamètre.

Règle appliquée :

Pour encadrer un nombre irrationnel, on utilise des approximations décimales successives.

Corrigé : Exercices 6 à 10
6 Multiplication et ordre

Si a < b et c > 0, alors ac < bc

Preuve : a < b ⇒ b - a > 0

c > 0 ⇒ c(b - a) > 0 ⇒ cb - ca > 0 ⇒ bc > ac

Si c < 0, alors ac > bc (multiplication par un négatif inverse l'ordre)

Réponse :

Si c > 0 : ac < bc ; Si c < 0 : ac > bc

Règle appliquée :

La multiplication par un nombre positif conserve l'ordre, par un nombre négatif l'inverse.

Méthode :

Lorsque vous résolvez une inéquation et que vous multipliez ou divisez par un nombre, vérifiez toujours son signe !

7 Encadrement de x²

On suppose 1 ≤ x ≤ 2

Comme la fonction carré est strictement croissante sur [0 ; +∞[, et que [1 ; 2] ⊂ [0 ; +∞[, on a :

1² ≤ x² ≤ 2²

Donc 1 ≤ x² ≤ 4

Réponse :

1 ≤ x² ≤ 4

Règle appliquée :

Si f est croissante sur [a ; b] et que m ≤ x ≤ M avec m, M ∈ [a ; b], alors f(m) ≤ f(x) ≤ f(M).

Définition :

Une fonction f est croissante sur I si pour tous x₁, x₂ ∈ I, x₁ ≤ x₂ ⇒ f(x₁) ≤ f(x₂)

8 Comparaison des inverses

Soit 0 < a < b

Alors 1/a > 1/b

Preuve : 1/a - 1/b = (b-a)/(ab)

Comme a > 0, b > 0 et b > a, on a :

b - a > 0 et ab > 0

Donc (b-a)/(ab) > 0, soit 1/a > 1/b

Réponse :

1/a > 1/b

Règle appliquée :

La fonction inverse x ↦ 1/x est strictement décroissante sur ]0 ; +∞[ et sur ]-∞ ; 0[.

💡
Lorsque l'on prend l'inverse de deux nombres strictement positifs, l'ordre est inversé
9 Résolution d'inéquation

2x + 3 < 7

2x < 7 - 3

2x < 4

x < 2

Donc x ∈ ]-∞ ; 2[

Réponse :

x < 2, soit x ∈ ]-∞ ; 2[

Méthode :

Pour résoudre une inéquation :

  1. Isoler l'inconnue
  2. Effectuer des opérations qui conservent l'ordre
  3. Attention au signe lors de la multiplication/division
Règle appliquée :

On peut ajouter ou soustraire un même nombre aux deux membres d'une inéquation sans changer le sens.

10 Compatibilité de l'ordre

L'ordre sur ℝ est compatible avec l'addition :

Si a ≤ b, alors a + c ≤ b + c pour tout c ∈ ℝ

Et avec la multiplication par un nombre positif :

Si a ≤ b et c ≥ 0, alors ac ≤ bc

Ces propriétés découlent de la structure d'anneau ordonné de (ℝ, +, ×, ≤)

Réponse :

L'ordre est compatible avec l'addition et la multiplication par un nombre positif.

Définition :

(ℝ, +, ×, ≤) est un corps totalement ordonné, ce qui signifie que l'ordre est compatible avec les opérations.

Règle appliquée :

Cette compatibilité permet de manipuler les inégalités comme les équations, à condition de respecter les règles concernant la multiplication par un nombre négatif.

Comparaison, ordre et encadrement Ensemble des nombres réels