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3e · Mathématiques
Préparer le brevet de mathématiques · Partie 1 — automatismes et applications directes

Calcul littéral, équations, fonctions, probabilités et géométrie

Au brevet, la partie 1 dure 20 minutes, sans calculatrice, et rapporte 6 points sur 20. Les réponses sont courtes et rien n'est à justifier. Pour réussir, il faut avoir les bons réflexes et les appliquer vite. Combien de questions peux-tu traiter en une minute ? Cette page rassemble les méthodes à connaître par cœur, avec un exemple pour chacune.

Calcul littéral et équations

Quatre verbes reviennent tout le temps : réduire, développer, factoriser, résoudre.

Réduire : on regroupe les termes de même nature. Par exemple, $4x+5-x+2=3x+7$.

Développer : on supprime les parenthèses grâce à la distributivité.

  • Simple distributivité : $k(a+b)=ka+kb$.

  • Double distributivité : $(a+b)(c+d)=ac+ad+bc+bd$.

Factoriser : on transforme une somme en produit. C'est l'opération inverse de développer.

Dans l'autre sens, $(a-b)(a+b)=a^2-b^2$ : le développement n'a que deux termes, car les termes du milieu s'annulent.

Résoudre une équation

Équation du premier degré. On regroupe les $x$ d'un côté et les nombres de l'autre, en faisant la même opération des deux côtés. Pour $7x-3=2x+12$ :

$7x-2x=12+3$, donc $5x=15$, donc $x=3$.

Équation produit. Un produit est nul si et seulement si l'un de ses facteurs est nul. Pour $(x-2)(2x+6)=0$ :

$x-2=0$ ou $2x+6=0$, donc $x=2$ ou $x=-3$. Il y a deux solutions.

Équation $x^2=a$.

  • Si $a>0$, il y a deux solutions : $\sqrt a$ et $-\sqrt a$. Ainsi $x^2=49$ donne $x=7$ ou $x=-7$, et $x^2=11$ donne $x=\sqrt{11}$ ou $x=-\sqrt{11}$ (valeurs exactes).

  • Si $a<0$, il n'y a aucune solution, car un carré n'est jamais négatif.

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Réduire l'expression $5x+3-2x+7$. 2. Développer $3(x-4)$. 3. Factoriser…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Réduire l'expression $5x+3-2x+7$.

  2. Développer $3(x-4)$.

  3. Factoriser $5a+15b$.

  4. Calculer la valeur de $3x-2$ pour $x=4$.

  5. Résoudre l'équation $x+7=3$.

  6. Résoudre l'équation $4x=18$.

Résoudre
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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Développer et réduire $(x+3)(x-2)$. 2. Factoriser $x^{2}-25$. 3.…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Développer et réduire $(x+3)(x-2)$.

  2. Factoriser $x^{2}-25$.

  3. Développer et réduire $(x-4)(x+4)$.

  4. Résoudre l'équation $5x-8=2x+7$.

  5. Résoudre l'équation $(x-3)(x+2)=0$.

  6. Résoudre l'équation $x^{2}=49$.

Résoudre
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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Développer et réduire $(2x-3)(x+4)$. 2. Développer et réduire…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Développer et réduire $(2x-3)(x+4)$.

  2. Développer et réduire $3(2x+1)-(6-x)$.

  3. Factoriser $16x^{2}-9$.

  4. Résoudre l'équation $5(7-2x)=9-6x$.

  5. Résoudre l'équation $(2x-6)(x+5)=0$.

  6. Résoudre l'équation $x^{2}=20$. Donner les solutions sous forme exacte.

Résoudre

Fonctions : image, antécédent, expression

Pour la fonction $f : x \mapsto 2x-3$, ou $f(x)=2x-3$ :

  • l'image de $4$ est $f(4)=2\times4-3=5$. On remplace $x$ par $4$ et on calcule ;

  • un antécédent de $7$ est un nombre $x$ tel que $f(x)=7$. On résout l'équation $2x-3=7$, donc $2x=10$ et $x=5$.

Pour les antécédents de $0$ d'une fonction du type $g(x)=(x-1)(x+4)$, on résout l'équation produit $(x-1)(x+4)=0$. Les antécédents sont $1$ et $-4$.

Fais varier $a$ et $b$. Le signe de $a$ donne le sens de la droite (montante si $a>0$, descendante si $a<0$). Le nombre $b$ est l'ordonnée du point où la droite coupe l'axe des ordonnées.

Pour une fonction linéaire $h$ avec $h(5)=20$, on a $h(x)=ax$ et $5a=20$, donc $a=4$ et $h(x)=4x$.

Comparer deux tarifs. Un cinéma propose deux formules : $3\ €$ par séance, ou un abonnement de $10\ €$ puis $1\ €$ par séance. Avec $x$ séances, on a $3x$ et $10+x$. Les deux prix sont égaux quand $3x=10+x$, donc $2x=10$ et $x=5$. Vérification : $3\times5=15$ et $10+5=15$.

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Résoudre l'équation $3x-2=25$. 2. On considère la fonction $f$ définie par…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Résoudre l'équation $3x-2=25$.

  2. On considère la fonction $f$ définie par $f(x)=2x+1$. Calculer l'image de $5$ par $f$.

  3. On considère la fonction $g$ définie par $g(x)=3x$. Déterminer l'antécédent de $12$ par $g$.

  4. On lance un dé équilibré à six faces numérotées de $1$ à $6$. Quelle est la probabilité d'obtenir un nombre pair ?

  5. Calculer la moyenne de la série $6$ ; $8$ ; $10$.

  6. Calculer l'étendue de la série $3$ ; $12$ ; $7$ ; $9$.

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Soit $f$ la fonction définie par $f(x)=-3x+4$. Calculer l'image de $-2$…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Soit $f$ la fonction définie par $f(x)=-3x+4$. Calculer l'image de $-2$ par $f$.

  2. Pour la même fonction $f$, déterminer l'antécédent de $1$.

  3. La fonction affine $g$ a pour coefficient directeur $2$ et vérifie $g(0)=5$. Donner l'expression de $g(x)$.

  4. La fonction linéaire $h$ vérifie $h(4)=10$. Donner l'expression de $h(x)$.

  5. Un sac contient $3$ boules rouges, $5$ boules vertes et $2$ boules jaunes, indiscernables au toucher. On tire une boule au hasard. Quelle est la probabilité qu'elle soit verte ?

  6. Pour le même tirage, quelle est la probabilité que la boule ne soit pas rouge ?

Résoudre

Probabilités et statistiques

Probabilité. Quand toutes les issues ont la même chance :

$$P(A)=\dfrac{\text{nombre de cas favorables}}{\text{nombre de cas possibles}}$$

Une urne contient $4$ boules rouges et $6$ bleues. On a $P(\text{rouge})=\dfrac{4}{10}=\dfrac25$, soit « 2 chances sur 5 ». Pour l'événement contraire, $P(\overline{A})=1-P(A)$. Ainsi $P(\text{bleue})=1-\dfrac25=\dfrac35$.

Deux épreuves : tableau à double entrée. Avec deux dés, on a $6\times6=36$ issues possibles. On les présente dans un tableau à double entrée : le premier dé en ligne, le second en colonne, et on écrit la somme dans chaque case.

1er dé \ 2e dé 1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
2 3 4 5 6 7 8
3 4 5 6 7 8 9
4 5 6 7 8 9 10
5 6 7 8 9 10 11
6 7 8 9 10 11 12

On compte les cases égales à $7$ : il y a $6$ cas favorables. La probabilité d'obtenir une somme égale à $7$ est $\dfrac{6}{36}=\dfrac16$.

Moyenne et étendue.

  • La moyenne de $4$ ; $9$ ; $5$ est $\dfrac{4+9+5}{3}=\dfrac{18}{3}=6$.

  • L'étendue est la valeur maximale moins la valeur minimale : $9-4=5$.

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Soit $f$ la fonction définie par $f(x)=-3x-4$. Déterminer l'antécédent de…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Soit $f$ la fonction définie par $f(x)=-3x-4$. Déterminer l'antécédent de $11$ par $f$.

  2. Soit $g$ la fonction définie par $g(x)=(3x+6)(x-9)$. Déterminer les antécédents de $0$ par $g$.

  3. Une fonction affine $f$ vérifie $f(1)=5$ et $f(3)=11$. Donner l'expression de $f(x)$.

  4. Une salle propose deux tarifs : $4\ €$ par entrée, ou un abonnement de $20\ €$ puis $2\ €$ par entrée. Pour quel nombre d'entrées les deux tarifs sont-ils égaux ?

  5. On lance deux dés équilibrés à six faces et on additionne les deux nombres obtenus. Quelle est la probabilité d'obtenir une somme égale à $7$ ?

  6. Calculer l'étendue de la série $12$ ; $5$ ; $18$ ; $9$ ; $7$.

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Géométrie : Pythagore, Thalès, trigonométrie

Pythagore. Dans un triangle rectangle, le carré de l'hypoténuse est égal à la somme des carrés des deux autres côtés. Avec $AB=5$ et $AC=12$ dans le triangle $ABC$ rectangle en $A$, on a $BC^2=25+144=169$, donc $BC=13$.

Réciproque. Si $BC^2=AB^2+AC^2$, le triangle est rectangle en $A$. Par exemple, pour $7$, $24$ et $25$ : $7^2+24^2=49+576=625=25^2$. Le triangle est donc rectangle. On compare toujours le carré du plus grand côté à la somme des deux autres carrés.

Angles, aires, volume.

  • La somme des angles d'un triangle est $180^\circ$ : avec $50^\circ$ et $60^\circ$, le troisième angle mesure $70^\circ$.

  • Aire d'un triangle : $\dfrac{\text{base}\times\text{hauteur}}{2}$.

  • Volume d'un cylindre : $V=\pi r^2 h$.

  • La symétrie centrale de centre $O$ change les signes des coordonnées : $M(2\ ;\ 3)$ a pour image $M'(-2\ ;\ -3)$.

Thalès.

Configuration en papillon : les droites (AC) et (BD) sont parallèles et les droites (AB) et (CD) se coupent en O. A C D B O

Si $(AC)\parallel(BD)$ et si les droites $(AB)$ et $(CD)$ se coupent en $O$, alors

$$\dfrac{OA}{OB}=\dfrac{OC}{OD}=\dfrac{AC}{BD}$$

Avec $OA=2$, $OB=6$ et $OC=3$ : $\dfrac26=\dfrac3{OD}$, donc $OD=\dfrac{3\times6}{2}=9$.

Même idée avec les triangles emboîtés : si $M\in[AB]$, $N\in[AC]$ et $(MN)\parallel(BC)$, alors $\dfrac{AM}{AB}=\dfrac{MN}{BC}$. Pour $AM=3$, $AB=6$ et $BC=8$, on obtient $\dfrac36=\dfrac{MN}{8}$, donc $MN=4$.

Trigonométrie. Dans un triangle rectangle, pour un angle aigu $\widehat{B}$ (retiens CAH-SOH-TOA) :

$$\cos\widehat{B}=\dfrac{\text{côté adjacent}}{\text{hypoténuse}}\qquad \sin\widehat{B}=\dfrac{\text{côté opposé}}{\text{hypoténuse}}\qquad \tan\widehat{B}=\dfrac{\text{côté opposé}}{\text{côté adjacent}}$$ Triangle ABC rectangle en A avec AB = 5, AC = 12 et BC = 13. A C B 12 5 13

Dans ce triangle, $\cos\widehat{B}=\dfrac{AB}{BC}=\dfrac5{13}$, $\sin\widehat{B}=\dfrac{AC}{BC}=\dfrac{12}{13}$ et $\tan\widehat{B}=\dfrac{AC}{AB}=\dfrac{12}5$. Pour calculer une longueur, on écrit l'égalité puis on la résout. Si $\widehat{B}=30^\circ$, $BC=10$ et $\sin30^\circ=0{,}5$, alors $AC=BC\times\sin30^\circ=10\times0{,}5=5$.

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$, avec $AB=3\ \text{cm}$ et…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$, avec $AB=3\ \text{cm}$ et $AC=4\ \text{cm}$. Calculer $BC$.

  2. Dans un triangle, deux angles mesurent $50^\circ$ et $60^\circ$. Quelle est la mesure du troisième angle ?

  3. Calculer l'aire d'un triangle de base $6\ \text{cm}$ et de hauteur correspondante $4\ \text{cm}$.

  4. Dans un repère d'origine $O$, on considère le point $M(2\ ;\ 3)$. Donner les coordonnées de l'image de $M$ par la symétrie centrale de centre $O$.

  5. Un cylindre a un rayon de $2\ \text{cm}$ et une hauteur de $7\ \text{cm}$. Quelle est la longueur du rectangle qui représente sa surface latérale dans son patron ?

  6. Une rotation transforme le segment $[AB]$ de longueur $5\ \text{cm}$ en le segment $[A'B']$. Quelle est la longueur $A'B'$ ?

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Dans le triangle $ABC$, le point $M$ appartient au segment $[AB]$ et le…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Dans le triangle $ABC$, le point $M$ appartient au segment $[AB]$ et le point $N$ au segment $[AC]$. Les droites $(MN)$ et $(BC)$ sont parallèles. On donne $AM=2\ \text{cm}$, $AB=5\ \text{cm}$ et $BC=10\ \text{cm}$. Calculer $MN$.

  2. Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$ avec $\widehat{ABC}=30^\circ$ et $BC=10\ \text{cm}$. Calculer $AC$, sachant que $\sin 30^\circ=0{,}5$.

  3. Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$, avec $AB=4\ \text{cm}$ et $AC=3\ \text{cm}$. Donner la valeur exacte de $\cos\widehat{ABC}$ sous forme de fraction.

  4. Le triangle $ABC$ est rectangle en $B$, avec $AB=5\ \text{cm}$ et $BC=12\ \text{cm}$. Calculer $AC$.

  5. Une homothétie de centre $O$ et de rapport $2$ transforme le point $A$ en $A'$. On a $OA=3\ \text{cm}$. Calculer $OA'$.

  6. Une rosace est formée de $8$ copies identiques d'un motif, obtenues par des rotations successives de même centre et de même angle. Quel est cet angle ?

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Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée. 1. Les droites $(AB)$ et $(CD)$ se coupent en $O$, qui se trouve entre $A$ et…

Dans cette série, aucune justification n'est demandée. La calculatrice n'est pas autorisée.

  1. Les droites $(AB)$ et $(CD)$ se coupent en $O$, qui se trouve entre $A$ et $B$ et entre $C$ et $D$. Les droites $(AC)$ et $(BD)$ sont parallèles. On donne $OA=3\ \text{cm}$, $OB=6\ \text{cm}$ et $OC=2\ \text{cm}$. Calculer $OD$.

  2. Le triangle $ABC$ est rectangle en $A$, avec $AB=6\ \text{cm}$ et $AC=8\ \text{cm}$. Donner la valeur exacte de $\sin\widehat{ABC}$ sous forme de fraction irréductible.

  3. Un triangle $ABC$ vérifie $AB=5\ \text{cm}$, $BC=12\ \text{cm}$ et $AC=13\ \text{cm}$. Ce triangle est-il rectangle ? Si oui, en quel sommet ?

  4. On réalise un agrandissement de rapport $1{,}5$. Une figure a une aire de $8\ \text{cm}^2$. Quelle est l'aire de la figure agrandie ?

  5. Dans un repère, on considère les points $A(3\ ;\ 2)$ et $I(1\ ;\ 1)$. Donner les coordonnées de l'image de $A$ par la symétrie centrale de centre $I$.

  6. Un cylindre a un rayon de $2\ \text{cm}$ et une hauteur de $10\ \text{cm}$. Donner la valeur exacte de son volume.

Résoudre

L'essentiel

Retour au début : en 20 minutes, sans calculatrice, il faut avoir ces réflexes prêts à l'emploi.

  • Calcul littéral : développer par distributivité, factoriser avec un facteur commun ou $a^2-b^2=(a-b)(a+b)$.

  • Équations : isoler $x$ ; équation produit : un facteur nul ; $x^2=a$ donne $\pm\sqrt a$ si $a>0$.

  • Fonctions : l'image se calcule, l'antécédent se résout ; $f(x)=ax+b$ avec $a$ le coefficient directeur et $b=f(0)$.

  • Probabilités et statistiques : cas favorables sur cas possibles, $P(\overline A)=1-P(A)$, moyenne, étendue.

  • Géométrie : Pythagore et sa réciproque, Thalès, CAH-SOH-TOA.

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