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Mathématiques 2de

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Nombres et calculs
Fonctions
Ch. 1
Généralités sur les fonctions
Ch. 2
Variations de fonctions
Ch. 3
Fonctions affines
Géométrie
Ch. 5
Repérage et configuration dans le plan
Ch. 6
Notion de vecteur
Ch. 7
Colinéarité de vecteurs
Ch. 8
Équations de droites
Statistiques et probabilités
Ch. 9
Informations chiffrées
Ch. 10
Statistiques descriptives
Ch. 11
Probabilités et échantillonnage
Annexes
Exercices transversaux
Cahier d'algorithmique et de programmation
Rappels de collège
Jeux de société
Chapitre 4
Activités

Fonctions de référence

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A
Position relative des courbes des fonctions identité, carré et cube

Étudier les fonctions identité, carré et cube puis les comparer afin de pouvoir ranger dans l'ordre croissant les nombres x , x ^ { 2 } et x ^ { 3 } lorsque x \geqslant 0.
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On commence par rappeler que le carré d'un nombre réel x est défini par x ^ { 2 } = x \times x. Le cube d'un nombre réel x est défini par x ^ { 3 } = x \times x \times x. On parle de carré et de cube car x ^ { 2 } correspond à l'aire d'un carré de côté x et que x ^ { 3 } correspond au volume d'un cube d'arête x.
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Position relative des courbes des fonctions identité, carré et cube - Fonctions de référence - activités
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1
a) Choisir un nombre a \gt 0. Calculer a \times 0\text{,}6 ; a \times 1\text{,}2 ; a\times 2 ; a \times 0\text{,}13 ; a \times 1\text{,}05 et a \times 0\text{,}64.

b) Comparer les résultats obtenus à la valeur de a choisie initialement.

c) Comparer les nombres a et a \times x lorsque x \in ] 0\: ; 1 [ puis lorsque x \gt 1.

2
Soit x \in ] 0\: ; 1 [ .
a) En vertu de la question
1
, si a = x , déduire une comparaison entre x et x \times x.

b) Si a = x ^ { 2 }, déduire de la question
1
une comparaison entre x ^ { 2 } et x ^ { 2 } \times x.

c) Ranger dans l'ordre croissant x , x ^ { 2 } et x ^ { 3 }.

3
Soit x \gt 1.
a) En vertu de la question
1
, si a = x , déduire une comparaison entre x et x \times x.

b) Si a = x ^ { 2 }, déduire de la question
1
une comparaison entre x ^ { 2 } et x ^ { 2 } \times x.

c) Ranger dans l'ordre croissant x, x ^ { 2 } et x ^ { 3 }.

4
a) On a représenté la fonction identité, la fonction carré et la fonction cube sur l'intervalle [ 0\:; 1 ] dans un repère orthonormé.
En utilisant les réponses à la question
2
, associer à chaque courbe la fonction correspondante.

Position relative des courbes des fonctions identité, carré et cube - Fonctions de référence - activités
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b) Compléter le tableau de valeurs suivant.

x00,20,40,60,811,21,41,61,82
x ^ { 2}
x ^ { 3 }

c) À l'aide de ce tableau, tracer la représentation graphique de la fonction identité, de la fonction carré et de la fonction cube dans un même repère orthogonal.

d) Justifier en quoi les courbes obtenues sont cohérentes avec la question
3
.
Aide
On rappelle que la fonction identité est la fonction linéaire \text{Id} définie sur \mathbb { R } par \operatorname { Id } ( x ) = x.
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Bilan
Peut-on conclure que, pour tout x positif, on a x \lt x ^ { 2 } \lt x ^ { 3 } ? Sinon, sous quelle condition sur x ces inégalités sont-elles vraies ?

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B
Approximation de la racine carrée de x

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On peut démontrer que, pour x \geqslant 0, \sqrt { x } n'est pas toujours un nombre rationnel. C'est le cas par exemple de \sqrt { 2 }. Ces nombres ne peuvent donc pas s'écrire sous la forme \dfrac { a } { b } et leur développement décimal n'est périodique à partir d'aucun rang. On va alors utiliser la méthode de Héron pour calculer une valeur approchée de \sqrt { x }.
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Comprendre et manipuler un algorithme permettant de donner une approximation de la racine carrée d'un nombre réel positif.
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Partant d'un rectangle \mathrm { OA } _ { 0 } \mathrm { C } _ { 0 } \mathrm { B } _ { 0 } de longueur 3 et d'aire 2, la méthode de Héron permet de construire des rectangles successifs, tous d'aire 2, qui se rapprochent du carré. Ainsi, la longueur du rectangle obtenu après plusieurs itérations doit se rapprocher de \sqrt { 2 }.
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Approximation de la racine carrée de x - Fonctions de référence - activités
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1
D'après l'image, le rectangle \mathrm { OA } _ { 3 } \mathrm { C } _ { 3 } \mathrm { B } _ { 3 } construit par la méthode de Héron semble proche du carré. Etant donné que son aire est 2, donner une valeur approchée de \sqrt { 2 } par lecture graphique.


2
Pour déterminer la racine carrée de a \gt 0, on considère un rectangle de longueur x _ { 0 } \gt 0 et d'aire a. Ainsi, la largeur de ce rectangle est y _ { 0 } = \dfrac { a } { x _ { 0 } }. On construit un nouveau rectangle de longueur x _ { 1 } = \dfrac { x _ { 0 } + y _ { 0 } } { 2 } et de largeur y _ { 1 } = \dfrac { a } { x _ { 1 } }. Celui-ci aura une forme qui se rapproche de celle du carré, tout en ayant une aire égale à a. En poursuivant ainsi, on obtient des nombres x _ { 1 }, x _ { 2 }, x _ { 3 }, ... , qui se rapprochent de \sqrt { a }.
a) On choisit x _ { 0 } = 2 et a = 2 . Calculer y_ { 0 } et en déduire les valeurs de x_ { 1 } et y_ { 1 }.

b) Calculer x _ { 2 } = \dfrac { x _ { 1 } + y _ { 1 } } { 2 } et y _ { 2 } = \dfrac { a } { x _ { 2 } }.

c) Calculer x _ { 3 } et vérifier à la calculatrice que x _ { 3 } = \sqrt { 2 } à 10 ^ { - 4 } près.

3
En utilisant la même méthode, donner une valeur approchée de \sqrt { 5 }.


4
Commenter l'algorithme ci-dessous, où a, x _ { 0 } et n sont des nombres donnés :
\boxed{ \begin{array} { l } { x \leftarrow x _ { 0 } } \\ \text{ Pour } i \text { allant de } 1 \text { à } n \\ \quad x \leftarrow ( x + a / x ) / 2\\ \text {Fin Pour} \end{array} }



5
Programmer cet algorithme avec Python ou la calculatrice et faire plusieurs tests.
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Bilan
Sans calculatrice, comment calculer une approximation de \sqrt { x } ( x > 0 ) en peu de temps ?

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Histoire des maths

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Héron d'Alexandrie était un mathématicien du Ier siècle après J.-C., mais il était également mécanicien, ingénieur et inventeur. On lui attribue ainsi la création de la pompe à incendie, de la clepsydre, du piston et de systèmes ingénieux de poids et contrepoids utilisés pour des décors de théâtre.

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