Troisième · Chapitre 3

Équations

Exercices corrigés — tester une solution, premier degré, équations produit nul, factorisation, problèmes.
Ex. 1 — Tester une solution Ex. 2 — Premier degré Ex. 3 — Équations produit nul Ex. 4 — Factoriser pour résoudre Ex. 5 — Périmètre d'un rectangle Ex. 6 — Aire d'un carré Ex. 7 — Problème de tarifs
Chaque exercice se traite d'abord seul, puis se corrige en cliquant sur le bouton vert. Les corrections détaillent chaque étape du raisonnement.
Exercice 1
Tester une solution

On considère l'équation $5x-3=2x+9$, d'inconnue $x$.

  1. Le nombre $-1$ est-il solution de cette équation ? Justifier.
  2. Le nombre $4$ est-il solution de cette équation ? Justifier.
  3. Résoudre cette équation, puis expliquer pourquoi elle ne possède pas d'autre solution.

1. On calcule séparément la valeur de chaque membre pour $x=-1$.

Le membre de gauche vaut $5\times(-1)-3$, c'est-à-dire $-8$.

Le membre de droite vaut $2\times(-1)+9$, c'est-à-dire $7$.

Les deux membres n'ont pas la même valeur, donc le nombre $-1$ n'est pas solution de cette équation.

2. On procède de la même manière pour $x=4$.

Le membre de gauche vaut $5\times 4-3$, c'est-à-dire $17$.

Le membre de droite vaut $2\times 4+9$, c'est-à-dire $17$.

Les deux membres ont la même valeur, donc le nombre $4$ est solution de cette équation.

3. On isole l'inconnue en effectuant la même opération sur les deux membres.

\[ \begin{aligned} & 5x-3=2x+9\\ \iff{}& 5x-3-2x=2x+9-2x\\ \iff{}& 3x-3=9\\ \iff{}& 3x=12\\ \iff{}& x=\frac{12}{3}\\ \iff{}& x=4 \end{aligned} \]

Chaque ligne du calcul est équivalente à la précédente, donc l'équation de départ a exactement les mêmes solutions que l'équation $x=4$.

Cette équation admet donc une unique solution : le nombre $4$.

Exercice 2
Premier degré

Résoudre chacune des trois équations suivantes.

\[ 7x-4=3x+12 \qquad 4(x+3)=6x-2 \qquad \frac{3x-1}{4}=2 \]

1. On regroupe les termes en $x$ à gauche et les nombres à droite.

\[ \begin{aligned} & 7x-4=3x+12\\ \iff{}& 7x-4-3x=3x+12-3x\\ \iff{}& 4x-4=12\\ \iff{}& 4x=16\\ \iff{}& x=4 \end{aligned} \]

La solution de cette équation est $4$.

2. On développe d'abord le membre de gauche.

\[ \begin{aligned} & 4(x+3)=6x-2\\ \iff{}& 4x+12=6x-2\\ \iff{}& 4x+12-4x=6x-2-4x\\ \iff{}& 12=2x-2\\ \iff{}& 14=2x\\ \iff{}& x=7 \end{aligned} \]

La solution de cette équation est $7$.

3. On multiplie les deux membres par $4$ pour supprimer le dénominateur.

\[ \begin{aligned} & \frac{3x-1}{4}=2\\ \iff{}& 3x-1=2\times 4\\ \iff{}& 3x-1=8\\ \iff{}& 3x=9\\ \iff{}& x=3 \end{aligned} \]

La solution de cette équation est $3$.

Exercice 3
Équations produit nul

Résoudre chacune des trois équations suivantes.

\[ (2x-6)(5x+3)=0 \qquad x(4x-9)=0 \qquad (x+4)(3x-7)=0 \]

1. Un produit est nul si et seulement si l'un au moins de ses facteurs est nul.

\[ \begin{aligned} & (2x-6)(5x+3)=0\\ \iff{}& 2x-6=0 \ \text{ ou } \ 5x+3=0\\ \iff{}& 2x=6 \ \text{ ou } \ 5x=-3\\ \iff{}& x=3 \ \text{ ou } \ x=-\frac{3}{5} \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $3$ et $-0{,}6$.

2. Le premier facteur est ici l'inconnue elle-même.

\[ \begin{aligned} & x(4x-9)=0\\ \iff{}& x=0 \ \text{ ou } \ 4x-9=0\\ \iff{}& x=0 \ \text{ ou } \ 4x=9\\ \iff{}& x=0 \ \text{ ou } \ x=\frac{9}{4} \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $0$ et $2{,}25$.

3. On applique la même propriété.

\[ \begin{aligned} & (x+4)(3x-7)=0\\ \iff{}& x+4=0 \ \text{ ou } \ 3x-7=0\\ \iff{}& x=-4 \ \text{ ou } \ x=\frac{7}{3} \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $-4$ et $\dfrac{7}{3}$.

Exercice 4
Factoriser pour résoudre

Résoudre chacune des trois équations suivantes en se ramenant à une équation produit nul.

\[ x^{2}-49=0 \qquad 25x^{2}-9=0 \qquad (x-1)(x+5)+(x-1)(2x+3)=0 \]

1. On reconnaît une différence de deux carrés.

\[ \begin{aligned} & x^{2}-49=0\\ \iff{}& x^{2}-7^{2}=0\\ \iff{}& (x-7)(x+7)=0\\ \iff{}& x-7=0 \ \text{ ou } \ x+7=0\\ \iff{}& x=7 \ \text{ ou } \ x=-7 \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $7$ et $-7$.

2. On écrit chacun des deux termes sous la forme d'un carré.

On a $25x^{2}=(5x)^{2}$ et $9=3^{2}$.

\[ \begin{aligned} & 25x^{2}-9=0\\ \iff{}& (5x)^{2}-3^{2}=0\\ \iff{}& (5x-3)(5x+3)=0\\ \iff{}& 5x-3=0 \ \text{ ou } \ 5x+3=0\\ \iff{}& x=\frac{3}{5} \ \text{ ou } \ x=-\frac{3}{5} \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $0{,}6$ et $-0{,}6$.

3. On repère le facteur commun aux deux termes.

Les deux termes contiennent le facteur $(x-1)$.

\[ \begin{aligned} & (x-1)(x+5)+(x-1)(2x+3)=0\\ \iff{}& (x-1)\bigl[(x+5)+(2x+3)\bigr]=0\\ \iff{}& (x-1)(3x+8)=0\\ \iff{}& x-1=0 \ \text{ ou } \ 3x+8=0\\ \iff{}& x=1 \ \text{ ou } \ x=-\frac{8}{3} \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $1$ et $-\dfrac{8}{3}$.

Exercice 5
Périmètre d'un rectangle

On considère le rectangle $ABCD$ ci-dessous, dont les dimensions sont exprimées en centimètres. Son périmètre est égal à $34$ cm.

A B C D 2x + 1 5 dimensions en cm
  1. Exprimer le périmètre du rectangle $ABCD$ en fonction de $x$, sous forme réduite.
  2. Écrire l'équation traduisant l'énoncé, puis la résoudre.
  3. En déduire les dimensions exactes de ce rectangle, puis calculer son aire.

1. Le périmètre d'un rectangle est égal au double de la somme de sa longueur et de sa largeur.

On note $P$ le périmètre du rectangle $ABCD$, exprimé en centimètres.

\[ \begin{aligned} P &= 2\times\bigl[(2x+1)+5\bigr]\\ &= 2\times(2x+6)\\ &= 4x+12 \end{aligned} \]

2. On traduit l'énoncé par une équation, puis on isole l'inconnue.

Le périmètre est égal à $34$ cm, donc on résout l'équation $4x+12=34$.

\[ \begin{aligned} & 4x+12=34\\ \iff{}& 4x=22\\ \iff{}& x=\frac{22}{4}\\ \iff{}& x=5{,}5 \end{aligned} \]

La solution de cette équation est $5{,}5$.

3. On remplace la variable $x$ par le nombre $5{,}5$ dans l'expression de la longueur.

La longueur vaut $2\times 5{,}5+1$, c'est-à-dire $12$ cm, et la largeur vaut $5$ cm.

On vérifie ce résultat : le périmètre vaut alors $2\times(12+5)$, c'est-à-dire bien $34$ cm.

L'aire de ce rectangle est égale à $12\times 5$, c'est-à-dire $60$ cm².

Exercice 6
Aire d'un carré

On considère le carré $EFGH$ ci-dessous, dont le côté mesure $(x+3)$ centimètres. Son aire est égale à $49$ cm².

E F G H x + 3 aire = 49 cm²
  1. Exprimer l'aire du carré $EFGH$ en fonction de $x$.
  2. Écrire l'équation traduisant l'énoncé, puis la résoudre.
  3. Une seule des solutions convient. Expliquer laquelle et donner la longueur du côté du carré.

1. L'aire d'un carré est égale au carré de la longueur de son côté.

On note $\mathcal{A}$ l'aire du carré $EFGH$, exprimée en centimètres carrés.

On obtient donc $\mathcal{A}=(x+3)^{2}$.

2. L'aire est égale à $49$ cm², donc on résout l'équation $(x+3)^{2}=49$.

Le nombre $49$ est positif, donc cette équation admet deux solutions.

\[ \begin{aligned} & (x+3)^{2}=49\\ \iff{}& x+3=7 \ \text{ ou } \ x+3=-7\\ \iff{}& x=4 \ \text{ ou } \ x=-10 \end{aligned} \]

Les solutions de cette équation sont $4$ et $-10$.

3. On revient à la situation géométrique.

Le côté du carré mesure $(x+3)$ cm, or une longueur est toujours un nombre positif.

Pour $x=-10$, le côté vaudrait $-7$ cm, ce qui est impossible : cette solution ne convient pas.

Seule la solution $x=4$ convient : le côté du carré mesure alors $7$ cm.

On vérifie ce résultat : l'aire vaut bien $7\times 7$, c'est-à-dire $49$ cm².

Exercice 7
Problème de tarifs

Un club d'escalade propose deux formules à ses adhérents.

  • Formule A : un abonnement annuel de $60$ €, puis $2$ € par séance.
  • Formule B : aucun abonnement, mais $5$ € par séance.
  1. Calculer le prix payé avec chaque formule pour $15$ séances.
  2. On note $n$ le nombre de séances. Exprimer le prix payé avec chaque formule en fonction de $n$.
  3. Déterminer le nombre de séances pour lequel les deux formules coûtent le même prix.
  4. Quelle formule est la plus avantageuse pour un adhérent qui prévoit $30$ séances ?

1. On calcule le prix payé pour $15$ séances avec chacune des deux formules.

Avec la formule A, le prix vaut $60+2\times 15$, c'est-à-dire $90$ €.

Avec la formule B, le prix vaut $5\times 15$, c'est-à-dire $75$ €.

2. On traduit chaque formule par une expression littérale.

Avec la formule A, le prix payé est $60+2n$ euros.

Avec la formule B, le prix payé est $5n$ euros.

3. On cherche le nombre de séances pour lequel les deux prix sont égaux.

On résout donc l'équation $60+2n=5n$.

\[ \begin{aligned} & 60+2n=5n\\ \iff{}& 60+2n-2n=5n-2n\\ \iff{}& 60=3n\\ \iff{}& n=\frac{60}{3}\\ \iff{}& n=20 \end{aligned} \]

Les deux formules coûtent donc le même prix pour $20$ séances, à savoir $100$ €.

4. On compare les deux prix pour $30$ séances.

Avec la formule A, le prix vaut $60+2\times 30$, c'est-à-dire $120$ €.

Avec la formule B, le prix vaut $5\times 30$, c'est-à-dire $150$ €.

La formule A est donc la plus avantageuse pour un adhérent qui prévoit $30$ séances.