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Nombres réels · Nombres entiers naturels

Décomposition en produit de facteurs premiers

Un fleuriste a 24 roses à mettre en bouquets identiques. Il peut faire 2 bouquets de 12 roses, 3 bouquets de 8, 4 bouquets de 6… Mais il n'existe qu'une seule façon d'écrire 24 comme produit de nombres premiers : c'est sa « carte d'identité » en multiplication. Comment la trouver, et à quoi sert-elle ?

Une écriture unique

Rappel : un nombre premier a exactement deux diviseurs, 1 et lui-même. Le nombre 1 n'est pas premier.

Décomposition de 24 en produit de facteurs premiers : 24 = 2 × 2 × 2 × 3 = 2³ × 3. 24 = 2 × 2 × 2 × 3 = 2³ × 3 Quelle que soit la méthode, on retrouve toujours les mêmes facteurs premiers.
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Indiquer à quel nombre correspondent les décompositions en facteurs premiers suivantes : a) $2^{2} \cdot 3 \cdot 5$ b) $2^{3} \cdot 7$ c) $3^{2} \cdot 11$

Indiquer à quel nombre correspondent les décompositions en facteurs premiers suivantes :

  1. a) $2^{2} \cdot 3 \cdot 5$
  1. b) $2^{3} \cdot 7$
  1. c) $3^{2} \cdot 11$
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Classer les nombres entiers naturels suivants en nombres premiers ou non premiers. Rappel : les nombres premiers sont ceux qui n'ont que deux diviseurs : $1$ et…

Classer les nombres entiers naturels suivants en nombres premiers ou non premiers. Rappel : les nombres premiers sont ceux qui n'ont que deux diviseurs : $1$ et eux-mêmes.

$14, 17, 21, 23, 27, 29, 33, 37$

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Décomposer en produit de deux facteurs

Un schéma en branches peut aider à visualiser la décomposition : on écrit le nombre comme produit de deux facteurs, puis on recommence avec chaque facteur qui n'est pas premier, jusqu'à n'avoir que des nombres premiers au bout des branches. La méthode de référence reste celle des divisions successives, présentée juste après.

Schéma de décomposition de 24 : 24 se sépare en 6 et 4, puis en 2, 3, 2 et 2. 24 6 4 2 3 2 2 4 n'est pas premier : on continue 24 = 2 × 3 × 2 × 2 = 2³ × 3
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Compléter l'arbre de facteurs suivant pour le nombre $24$. Il faut trouver deux nombres dont le produit donne le nombre du niveau supérieur, jusqu'à ce que tous les…

Compléter l'arbre de facteurs suivant pour le nombre $24$. Il faut trouver deux nombres dont le produit donne le nombre du niveau supérieur, jusqu'à ce que tous les nombres au bout des branches soient premiers.

× × × 24 6 ? 2 3 ? ?

Écrire enfin la décomposition de $24$ sous forme de produit de ses facteurs premiers.

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Décomposer les nombres suivants en produit de facteurs premiers. Exprimer le résultat final sous forme de produit de puissances : a) $36$ b) $45$ c) $80$

Décomposer les nombres suivants en produit de facteurs premiers. Exprimer le résultat final sous forme de produit de puissances :

  1. a) $36$
  1. b) $45$
  1. c) $80$
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Les divisions successives (barre verticale)

Pour les grands nombres, c'est la méthode la plus sûre : on écrit le nombre à gauche d'une barre verticale, et on divise par des nombres premiers (les plus petits d'abord) que l'on écrit à droite, jusqu'à obtenir 1. On utilise les critères de divisibilité (par 2, 3, 5, 9, 10) et la liste des nombres premiers.

Divisions successives de 60 par 2, 2, 3 puis 5 jusqu'à obtenir 1. 602 302 153 55 1 60 = 2² × 3 × 5
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Compléter les cases vides de la décomposition suivante d'un nombre en produit de facteurs premiers à l'aide de la technique de la barre verticale : Écrire le résultat…

Compléter les cases vides de la décomposition suivante d'un nombre en produit de facteurs premiers à l'aide de la technique de la barre verticale :

60 ? 15 5 1 2 2 ? 5

Écrire le résultat final de la décomposition sous forme de puissances.

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Effectuer la décomposition en produit de facteurs premiers des nombres $720$ et $1260$ en utilisant la méthode de la barre verticale. Une fois les expressions obtenues…

Effectuer la décomposition en produit de facteurs premiers des nombres $720$ et $1260$ en utilisant la méthode de la barre verticale. Une fois les expressions obtenues sous forme de puissances, indiquer quels facteurs premiers ils ont en commun et quel est le plus grand exposant avec lequel chacun apparaît dans les deux décompositions.

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Trouver le nombre dont la décomposition en produit de facteurs premiers est $2^3 \cdot 3^2 \cdot 11$. Une fois celui-ci trouvé, expliquer si ce nombre est un multiple de…

Trouver le nombre dont la décomposition en produit de facteurs premiers est $2^3 \cdot 3^2 \cdot 11$. Une fois celui-ci trouvé, expliquer si ce nombre est un multiple de $6$ et de $22$ en observant uniquement ses facteurs premiers (sans effectuer de divisions).

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Lire une décomposition : multiples et diviseurs

Une fois le nombre décomposé, on répond à des questions de divisibilité sans calculer sa valeur.

Avec A = 2² × 3 × 7, on voit que A est multiple de 7 mais pas divisible par 10, car il manque le facteur 5. A = 2² × 3 × 7 multiple de 7 ? le 7 est là → oui divisible par 10 = 2 × 5 ? il manque le 5 → non
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Observer la décomposition en facteurs premiers des nombres suivants : $A = 2^{2} \cdot 3 \cdot 7$ $B = 2 \cdot 3^{2} \cdot 5$ Sans effectuer les multiplications,…

Observer la décomposition en facteurs premiers des nombres suivants :

$A = 2^{2} \cdot 3 \cdot 7$

$B = 2 \cdot 3^{2} \cdot 5$

Sans effectuer les multiplications, répondre en justifiant :

  1. a) Le nombre $A$ est-il un multiple de $7$ ?
  2. b) Le nombre $B$ est-il divisible par $10$ ? (Indice : observer s'il possède les facteurs nécessaires pour former $10$.)
  3. c) Le nombre $3$ est-il un diviseur de $A$ ?
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À partir de la décomposition en produit de facteurs premiers du nombre $150$, répondre aux questions suivantes en justifiant : a) $150$ est-il divisible par $10$ ? b)…

À partir de la décomposition en produit de facteurs premiers du nombre $150$, répondre aux questions suivantes en justifiant :

  1. a) $150$ est-il divisible par $10$ ?
  2. b) $150$ est-il divisible par $4$ ?
  3. c) $150$ est-il divisible par $15$ ?
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Un professeur d'EPS souhaite répartir ses $28$ élèves en groupes identiques de plus de $2$ personnes mais de moins de $10$, de sorte qu'aucun élève ne reste seul.…

Un professeur d'EPS souhaite répartir ses $28$ élèves en groupes identiques de plus de $2$ personnes mais de moins de $10$, de sorte qu'aucun élève ne reste seul.

Utiliser la décomposition en facteurs premiers de $28$ pour trouver toutes les façons possibles de constituer les groupes.

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Simplifier une fraction, reconnaître des fractions égales

Décomposer le numérateur et le dénominateur permet de repérer les facteurs communs, puis de les simplifier.

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Recopier sur le cahier ce schéma de décomposition en facteurs premiers et compléter les cases vides (marquées par la lettre $x$) avec les nombres correspondants :

Recopier sur le cahier ce schéma de décomposition en facteurs premiers et compléter les cases vides (marquées par la lettre $x$) avec les nombres correspondants :

180 x 45 15 x 2 2 x 3
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Un photographe professionnel d'Instagram veut organiser son mur de photos. Il a $210$ images et veut les publier par blocs égaux. a) Décomposer $210$ en facteurs…

Un photographe professionnel d'Instagram veut organiser son mur de photos. Il a $210$ images et veut les publier par blocs égaux.

  1. a) Décomposer $210$ en facteurs premiers.
  2. b) Écrire quatre façons différentes de regrouper les photos (par exemple : « 3 blocs de 70 photos ») en utilisant des combinaisons de ses facteurs premiers.
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Problèmes de partage et carrés parfaits

La décomposition sert à trouver toutes les façons de partager : les groupes égaux possibles correspondent aux produits de facteurs premiers.

Un carré parfait est un nombre dont tous les exposants de la décomposition sont pairs. Par exemple $36 = 2^2 \times 3^2$ est le carré de $2 \times 3 = 6$. De même, un cube est un nombre dont tous les exposants sont des multiples de 3, et on regroupe alors les facteurs en trois groupes identiques pour trouver l'arête.

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Le volume d'une boîte en forme de cube est exactement $1728$ cm$^3$. a) Décomposer en produit de facteurs premiers le nombre $1728$. b) Sachant que le volume d'un cube…

Le volume d'une boîte en forme de cube est exactement $1728$ cm$^3$.

  1. a) Décomposer en produit de facteurs premiers le nombre $1728$.
  2. b) Sachant que le volume d'un cube se calcule par $V = l^3$ (où $l$ est l'arête), utiliser la décomposition précédente pour regrouper les facteurs en trois groupes identiques et déterminer la mesure de l'arête.
l l l V = 1728 cm³ = l³
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On dit qu'un nombre est un carré parfait si tous les exposants de sa décomposition en produit de facteurs premiers sont des nombres pairs. a) Décomposer le nombre $180$…

On dit qu'un nombre est un carré parfait si tous les exposants de sa décomposition en produit de facteurs premiers sont des nombres pairs.

  1. a) Décomposer le nombre $180$ en produit de facteurs premiers. Est-ce un carré parfait ?
  2. b) Quel est le plus petit nombre par lequel il faudrait multiplier $180$ pour que le résultat soit un carré parfait ? Justifier la réponse en analysant les exposants.
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Un nombre entier naturel secret $N$ vérifie simultanément ces trois conditions : 1. Dans sa décomposition en produit de facteurs premiers, seuls apparaissent les…

Un nombre entier naturel secret $N$ vérifie simultanément ces trois conditions :

  1. Dans sa décomposition en produit de facteurs premiers, seuls apparaissent les facteurs premiers $2$, $3$ et $5$.

  2. Il est un multiple de $18$ et aussi un multiple de $20$.

  3. Il est inférieur à $300$.

  1. a) Écrire la décomposition en facteurs premiers de $18$ et de $20$.
  2. b) En considérant les facteurs premiers comme les « briques » indispensables que $N$ doit contenir pour être divisible par $18$ et par $20$, déduire par un raisonnement quels doivent être les exposants minimaux de $2$, de $3$ et de $5$ dans la décomposition de $N$.
  3. c) Déterminer quel est le nombre $N$. Un autre nombre entier naturel différent pourrait-il vérifier les trois conditions ? Justifier la réponse.
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Déterminer le plus petit nombre qui vérifie simultanément ces trois conditions : Il est un carré parfait (tous les exposants de sa décomposition en facteurs premiers…

Déterminer le plus petit nombre qui vérifie simultanément ces trois conditions :

  • Il est un carré parfait (tous les exposants de sa décomposition en facteurs premiers sont pairs).

  • Il est un multiple de $42$.

  • Il est un multiple de $60$.

Pour le résoudre, utiliser la décomposition en produit de facteurs premiers de $42$ et de $60$ et expliquer quels facteurs et quels exposants il faut ajouter pour obtenir le plus petit carré parfait.

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PGCD et PPCM avec la décomposition

Le PGCD de deux nombres est le produit des facteurs premiers communs avec le plus petit exposant. Le PPCM est le produit de tous les facteurs premiers avec le plus grand exposant. Pour $12 = 2^2 \times 3$ et $18 = 2 \times 3^2$ : PGCD $= 2 \times 3 = 6$ et PPCM $= 2^2 \times 3^2 = 36$.

Pour aller plus loin : nombre de diviseurs

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Un concepteur de jeux vidéo veut organiser un entrepôt virtuel d'objets. Pour cela, il doit connaître le nombre de diviseurs du nombre de caisses disponibles, qui est…

Un concepteur de jeux vidéo veut organiser un entrepôt virtuel d'objets. Pour cela, il doit connaître le nombre de diviseurs du nombre de caisses disponibles, qui est $360$.

  1. a) Effectuer la décomposition en produit de facteurs premiers de $360$.
  2. b) En utilisant la règle des exposants (ajouter un à chaque exposant de la décomposition puis les multiplier), calculer le nombre total de diviseurs de $360$.
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On considère le nombre obtenu en calculant $A = 24 \cdot 35 \cdot 55$. a) Estimer : Avant de calculer le produit et sans faire de divisions posées, estimer mentalement…

On considère le nombre obtenu en calculant $A = 24 \cdot 35 \cdot 55$.

  1. a) Estimer : Avant de calculer le produit et sans faire de divisions posées, estimer mentalement combien de facteurs premiers au total (en comptant les répétitions ; par exemple, dans $2^3$ il y a $3$ facteurs premiers) aura le nombre $A$. Expliquer brièvement ce sur quoi vous vous appuyez mentalement pour faire cette estimation.
  2. b) Calculer : Obtenir séparément la décomposition en facteurs premiers de $24$, de $35$ et de $55$. À partir de celles-ci, écrire la décomposition complète de $A$ en regroupant les facteurs sous forme de puissances.
  3. c) Vérifier et réfléchir : Additionner les exposants de votre décomposition pour connaître le nombre exact de facteurs premiers de $A$ et le comparer à votre estimation. Pourquoi est-il beaucoup plus avantageux de décomposer les trois nombres séparément plutôt que de calculer d'abord le produit $24 \cdot 35 \cdot 55 = 46\,200$ pour ensuite le décomposer ?
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Un élève de 4e affirme avoir trouvé un nombre $X$ dont la décomposition en facteurs premiers est $2^{2} \cdot 3^{4} \cdot 6^{2} \cdot 5$. 1. Expliquer pourquoi cette…

Un élève de 4e affirme avoir trouvé un nombre $X$ dont la décomposition en facteurs premiers est $2^{2} \cdot 3^{4} \cdot 6^{2} \cdot 5$.

  1. Expliquer pourquoi cette expression n'est pas une décomposition en facteurs premiers valide.

  2. Corriger l'expression pour qu'elle soit une véritable décomposition en produit de facteurs premiers.

  3. Sans calculer la valeur numérique de $X$, déterminer combien il a de diviseurs. Présenter le calcul étape par étape.

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Pour revenir au début : 24 roses se partagent en bouquets identiques selon les diviseurs de $24 = 2^3 \times 3$ : 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 ou 24 roses par bouquet.

L'essentiel

Voir tous les exercices de cette partie