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Equations et inéquations du premier degré à une inconnue — cours

1ère année · section Tronc commun · mathématiques, programme officiel tunisien.

Le cours

Point de départ · 1

Quelle équation est du premier degré à une inconnue xx ?

Remarque

Dans 3x+5=03x+5=0, l'exposant de l'inconnue xx est 11. Dans x2−4=0x^2-4=0, l'exposant est 22 (second degré).

Définition · 2

Équation du premier degré

ax+b=0ax + b = 0

a∈R∗ et b∈Ra \in \mathbb{R}^* \text{ et } b \in \mathbb{R}

Cette équation admet une unique solution dans R\mathbb{R} :

x=−bax = -\frac{b}{a}

Remarque

L'ensemble des solutions est S={−ba}S = \left\{-\frac{b}{a}\right\}.

Exemple travaillé · 3

Résoudre dans R\mathbb{R} l'équation : 2(3x−1)−2x=7x+32(3x - 1) - 2x = 7x + 3

1

On développe le membre de gauche :

6x−2−2x=7x+36x - 2 - 2x = 7x + 3
2

On réduit le membre de gauche :

4x−2=7x+34x - 2 = 7x + 3
3

On regroupe les termes en xx à gauche et les constantes à droite :

4x−7x=3+24x - 7x = 3 + 2
4

On réduit chaque membre :

−3x=5-3x = 5
5

On divise par le coefficient de xx :

x=−53x = -\frac{5}{3}
6

On écrit l'ensemble des solutions :

S={−53}S = \left\{-\frac{5}{3}\right\}

Piège classique · 4

Après réduction, une équation donne 0x=−140x = -14. Quel est l'ensemble des solutions SS ?

Attention

Écrire S={0}S = \{0\} ou tenter de diviser par 00 pour trouver x=−14x = -14.

À la place : Pour tout réel xx, on a 0×x=00 \times x = 0. L'égalité 0=−140 = -14 est impossible, donc S=∅S = \emptyset.

Vérification · 5

Quel est l'ensemble des solutions de l'équation 2(x−3)−5x=−3x−62(x - 3) - 5x = -3x - 6 ?

Remarque

En développant, on obtient −3x−6=−3x−6-3x - 6 = -3x - 6, soit 0x=00x = 0. Cette égalité est vraie pour tout réel xx, donc S=RS = \mathbb{R}.

Définition · 6

Équation produit nul

A×B=0  ⟺  A=0 ou B=0A \times B = 0 \iff A = 0 \text{ ou } B = 0

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

Remarque

Pour résoudre une équation de degré supérieur à 11, on transpose tous les termes dans un membre pour obtenir un produit nul.

Exemple travaillé · 7

Résoudre dans R\mathbb{R} l'équation : (2x+1)(3x−4)−(2x+1)(x−1)=0(2x + 1)(3x - 4) - (2x + 1)(x - 1) = 0

1

On factorise par le facteur commun (2x+1)(2x + 1) :

(2x+1)[(3x−4)−(x−1)]=0(2x + 1)[(3x - 4) - (x - 1)] = 0
2

On réduit l'expression dans le second facteur :

(2x+1)(3x−4−x+1)=0(2x + 1)(3x - 4 - x + 1) = 0
3
(2x+1)(2x−3)=0(2x + 1)(2x - 3) = 0
4

Un produit est nul si l'un de ses facteurs est nul :

2x+1=0ou2x−3=02x + 1 = 0 \quad \text{ou} \quad 2x - 3 = 0
5

On résout chaque équation :

x=−12oux=32x = -\frac{1}{2} \quad \text{ou} \quad x = \frac{3}{2}
6

L'ensemble des solutions est :

S={−12;32}S = \left\{-\frac{1}{2} ; \frac{3}{2}\right\}

Piège classique · 8

Pour résoudre dans R\mathbb{R} l'équation 3x2=9x3x^2 = 9x, quelle démarche est correcte ?

Attention

Diviser les deux membres par xx pour obtenir 3x=93x = 9, d'où x=3x = 3. La solution x=0x = 0 est alors perdue.

À la place : On transpose et on factorise : 3x2−9x=0  ⟺  3x(x−3)=03x^2 - 9x = 0 \iff 3x(x - 3) = 0, ce qui donne x=0x = 0 ou x=3x = 3. L'ensemble des solutions est S={0;3}S = \{0 ; 3\}.

Exemple travaillé · 9

Résoudre dans R\mathbb{R} l'équation : (x−1)2−4=0(x - 1)^2 - 4 = 0

1

On reconnaît l'identité remarquable a2−b2=(a−b)(a+b)a^2 - b^2 = (a - b)(a + b) avec a=x−1a = x - 1 et b=2b = 2 :

[(x−1)−2][(x−1)+2]=0[(x - 1) - 2][(x - 1) + 2] = 0
2

On réduit chaque facteur :

(x−3)(x+1)=0(x - 3)(x + 1) = 0
3

On applique la règle du produit nul :

x−3=0oux+1=0x - 3 = 0 \quad \text{ou} \quad x + 1 = 0
4

On isole xx dans chaque équation :

x=3oux=−1x = 3 \quad \text{ou} \quad x = -1
5

L'ensemble des solutions est :

S={−1;3}S = \{-1 ; 3\}

Vérification · 10

Quel est l'ensemble des solutions de l'équation (3x−6)(x+4)=0(3x - 6)(x + 4) = 0 ?

Remarque

L'équation produit nul donne 3x−6=0  ⟺  x=23x - 6 = 0 \iff x = 2, ou x+4=0  ⟺  x=−4x + 4 = 0 \iff x = -4. L'ensemble des solutions est S={−4;2}S = \{-4 ; 2\}.

Point de départ · 11

Pour quelle valeur de xx l'expression 5x−2\frac{5}{x - 2} n'est-elle pas définie ?

Remarque

La division par zéro est impossible dans R\mathbb{R}. Le dénominateur ne doit jamais être nul : x−2≠0  ⟺  x≠2x - 2 \neq 0 \iff x \neq 2.

Définition · 12

Équation quotient et valeur interdite

B(x)≠0B(x) \neq 0

A(x)B(x)=0  ⟺  A(x)=0\frac{A(x)}{B(x)} = 0 \iff A(x) = 0

Toute valeur annulant le dénominateur B(x)B(x) est une valeur interdite et ne peut pas être solution.

Exemple travaillé · 13

Résoudre dans R\mathbb{R} l'équation : 3x−6x+1=0\frac{3x - 6}{x + 1} = 0

1

On pose la condition d'existence (valeur interdite) :

x+1≠0  ⟺  x≠−1x + 1 \neq 0 \iff x \neq -1
2

Un quotient est nul si et seulement si son numérateur est nul :

3x−6=03x - 6 = 0
3

On résout l'équation au numérateur :

3x=6  ⟺  x=23x = 6 \iff x = 2
4

On vérifie : 2≠−12 \neq -1, la solution est acceptée.

S={2}S = \{2\}

Piège classique · 14

On résout dans R\mathbb{R} l'équation x2−9x−3=0\frac{x^2 - 9}{x - 3} = 0. Quel est l'ensemble des solutions SS ?

Attention

Résoudre x2−9=0x^2 - 9 = 0 pour trouver x=3x = 3 et x=−3x = -3, et garder S={−3;3}S = \{-3 ; 3\}.

À la place : La valeur x=3x = 3 annule le dénominateur (x−3≠0  ⟺  x≠3x - 3 \neq 0 \iff x \neq 3). C'est une valeur interdite : elle est rejetée. Seule x=−3x = -3 est retenue, donc S={−3}S = \{-3\}.

Vérification · 15

Quel est l'ensemble des solutions de l'équation 2x−4x−2=0\frac{2x - 4}{x - 2} = 0 ?

Remarque

Le numérateur s'annule en x=2x = 2, mais x=2x = 2 est une valeur interdite (x−2≠0x - 2 \neq 0). L'équation n'a donc aucune solution : S=∅S = \emptyset.

Point de départ · 16

On sait que 3<53 < 5. Que devient l'inégalité si on multiplie chaque membre par −2-2 ?

Remarque

Multiplier par un nombre négatif inverse l'ordre : −6>−10-6 > -10.

Définition · 17

Inéquations et multiplication par un réel

a<b  ⟺  ac<bc(si c>0)a < b \iff ac < bc \quad (\text{si } c > 0)

a<b  ⟺  ac>bc(si c<0)a < b \iff ac > bc \quad (\text{si } c < 0)

Multiplier ou diviser les deux membres d'une inéquation par un réel strictement négatif change le sens de l'inégalité.

Exemple travaillé · 18

Résoudre dans R\mathbb{R} l'inéquation : 5−2x>3(1+x)5 - 2x > 3(1 + x)

1

On développe le membre de droite :

5−2x>3+3x5 - 2x > 3 + 3x
2

On regroupe les termes en xx à gauche :

−2x−3x>3−5-2x - 3x > 3 - 5
3
−5x>−2-5x > -2
4

On divise par −5-5 en inversant le sens de l'inégalité :

x<25x < \frac{2}{5}
5

L'ensemble des solutions est :

S=]−∞;25[S = \left]-\infty ; \frac{2}{5}\right[

Piège classique · 19

On résout l'inéquation −6x<12-6x < 12. Quel est l'ensemble des solutions SS ?

Attention

Diviser par −6-6 sans changer le sens : écrire x<−2x < -2 et donner S=]−∞;−2[S = ]-\infty ; -2[.

À la place : Le coefficient −6-6 est strictement négatif. En divisant par −6-6, le symbole << devient >> : x>−2x > -2, d'où S=]−2;+∞[S = ]-2 ; +\infty[.

Vérification · 20

Quel est l'ensemble des solutions de l'inéquation 12−6x<012 - 6x < 0 ?

Remarque

−6x<−12  ⟺  x>−12−6  ⟺  x>2-6x < -12 \iff x > \frac{-12}{-6} \iff x > 2. Donc S=]2;+∞[S = ]2 ; +\infty[.

Point de départ · 21

Calculer (−5)2\sqrt{(-5)^2}.

Remarque

On calcule d'abord le carré sous la racine : (−5)2=25(-5)^2 = 25. La racine carrée d'un nombre positif est toujours positive : 25=5\sqrt{25} = 5 (et non −5-5).

Définition · 22

Valeur absolue et radical d'un carré

A2=∣A∣\sqrt{A^2} = |A|

Pour tout réel c>0c > 0 :

∣A∣=c  ⟺  A=couA=−c|A| = c \iff A = c \quad \text{ou} \quad A = -c

Si c<0c < 0, l'équation ∣A∣=c|A| = c n'admet aucune solution (S=∅S = \emptyset).

Exemple travaillé · 23

Résoudre dans R\mathbb{R} l'équation : 4x2−28x+49=9\sqrt{4x^2 - 28x + 49} = 9

1

On reconnaît une identité remarquable sous le radical :

(2x−7)2=9\sqrt{(2x - 7)^2} = 9
2

On applique la propriété A2=∣A∣\sqrt{A^2} = |A| :

∣2x−7∣=9|2x - 7| = 9
3

On sépare en deux équations :

2x−7=9ou2x−7=−92x - 7 = 9 \quad \text{ou} \quad 2x - 7 = -9
4

On résout chaque équation :

2x=16  ⟺  x=8ou2x=−2  ⟺  x=−12x = 16 \iff x = 8 \quad \text{ou} \quad 2x = -2 \iff x = -1
5

L'ensemble des solutions est :

S={−1;8}S = \{-1 ; 8\}

Piège classique · 24

On résout l'équation (x+4)2=3\sqrt{(x + 4)^2} = 3. Quel est l'ensemble des solutions SS ?

Attention

Simplifier directement en x+4=3x + 4 = 3, trouvant x=−1x = -1 et omettant la branche négative.

À la place : (x+4)2=∣x+4∣\sqrt{(x + 4)^2} = |x + 4|. L'équation ∣x+4∣=3|x + 4| = 3 équivaut à x+4=3  ⟹  x=−1x + 4 = 3 \implies x = -1 ou x+4=−3  ⟹  x=−7x + 4 = -3 \implies x = -7. Donc S={−7;−1}S = \{-7 ; -1\}.

Vérification · 25

Quel est l'ensemble des solutions de l'équation ∣3x−2∣=∣x+1∣|3x - 2| = |x + 1| ?

Remarque

∣A∣=∣B∣  ⟺  A=B ou A=−B|A| = |B| \iff A = B \text{ ou } A = -B. On a 3x−2=x+1  ⟺  2x=3  ⟺  x=323x - 2 = x + 1 \iff 2x = 3 \iff x = \frac{3}{2}, ou 3x−2=−(x+1)  ⟺  4x=1  ⟺  x=143x - 2 = -(x + 1) \iff 4x = 1 \iff x = \frac{1}{4}. Donc S={14;32}S = \left\{\frac{1}{4} ; \frac{3}{2}\right\}.

Définition · 26

Signe du binôme du premier degré

a∈R∗ et b∈Ra \in \mathbb{R}^* \text{ et } b \in \mathbb{R}

ax+b=0  ⟺  x=−baax + b = 0 \iff x = -\frac{b}{a}

Pour a>0a > 0, le binôme est négatif avant sa racine et positif après :

x−∞-\infty−ba-\frac{b}{a}+∞+\infty
ax+b (a>0)-0+

Pour a<0a < 0, le binôme est positif avant sa racine et négatif après :

x−∞-\infty−ba-\frac{b}{a}+∞+\infty
ax+b (a<0)+0-

Exemple travaillé · 27

Résoudre dans R\mathbb{R} l'inéquation : (x−1)(2−x)≥0(x - 1)(2 - x) \ge 0

1

On détermine les racines de chaque facteur :

x−1=0  ⟺  x=1et2−x=0  ⟺  x=2x - 1 = 0 \iff x = 1 \quad \text{et} \quad 2 - x = 0 \iff x = 2
2

Pour x−1x - 1, le coefficient directeur est 1>01 > 0. Pour 2−x2 - x, le coefficient directeur est −1<0-1 < 0.

x−∞-\infty12+∞+\infty
x-1-0++
2-x++0-
Produit-0+-
3

On lit l'ensemble des solutions où le produit est positif ou nul :

S=[1;2]S = [1 ; 2]

Piège classique · 28

Pour résoudre dans R\mathbb{R} l'inéquation 4x>1\frac{4}{x} > 1, quelle démarche est correcte ?

Attention

Multiplier les deux membres par xx pour écrire 4>x4 > x.

À la place : Le signe de xx est inconnu : multiplier par xx sans précaution de signe fausse l'équivalence. Il faut transposer et réduire au même dénominateur : 4−xx>0\frac{4 - x}{x} > 0.

Exemple travaillé · 29

Résoudre dans R\mathbb{R} l'inéquation : 4−xx>0\frac{4 - x}{x} > 0

1

Condition d'existence (valeur interdite) :

x≠0x \neq 0
2

Racines du numérateur et du dénominateur :

4−x=0  ⟺  x=4etx=04 - x = 0 \iff x = 4 \quad \text{et} \quad x = 0
x−∞-\infty04+∞+\infty
4-x++0-
x-0++
Quotient-‖+-
3

On retient l'intervalle où le quotient est strictement positif :

S=]0;4[S = ]0 ; 4[

Vérification · 30

Quel est l'ensemble des solutions de l'inéquation (x+2)(x−3)<0(x + 2)(x - 3) < 0 ?

Remarque

Les racines sont −2-2 et 33. Le produit est strictement négatif entre ses racines, d'où S=]−2;3[S = ]-2 ; 3[.

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