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12 ex.

Difficulté :
L'essentiel du cours (2 notions)

Comparaison de deux quantités

Propriété : Pour comparer deux quantités $a$ et $b$ : - Différence : $a - b > 0 \iff a > b$ (variation additive : $a = b + d$). - Rapport ($a, b > 0$) : $\frac{a}{b} > 1 \iff a > b$ (variation multiplicative : $a = k \times b$).

Méthode : 1. Étudier le signe de la différence $a - b$. 2. Pour des quantités strictement positives, calculer le rapport $\frac{a}{b}$ puis le comparer à $1$.

Exemple : Si $A = 120$ et $B = 100$ : $A - B = 20 > 0$ ($A$ dépasse $B$ de $20$) et $\frac{A}{B} = 1{,}2 > 1$ ($A$ est $1{,}2$ fois plus grand que $B$, soit $+20\%$).

Opérations sur les inégalités

Propriété : - Somme : si $a < b$ et $c < d$, alors $a + c < b + d$. - Produit par un réel $k \neq 0$ : si $a < b$, alors $ka < kb$ pour $k > 0$, mais $ka > kb$ pour $k < 0$ (le sens de l'inégalité s'inverse).

Méthode : Pour encadrer $f(x) = ax + b$ sur un intervalle : multiplier par $a$ (en inversant le sens si $a < 0$), puis ajouter $b$.

Exemple : Pour $1 < x < 3$ : $-6 < -2x < -2$ (multiplication par $-2 < 0$), d'où $-5 < -2x + 1 < -1$.

★ Standard

Soit $x$ un nombre réel tel que $-3 \le x \le 5$.

Déterminez l'encadrement de l'expression $A = -2x + 7$.

Saisir la plus petite valeur possible (la borne inférieure) de l'expression $A$.

★ Standard

Un service de location de vélos propose deux options tarifaires :

  • Tarif A : une prise en charge fixe de 12 € puis 2,50 € par heure de location.
  • Tarif B : aucun frais fixe, mais 4,50 € par heure de location.

On note $x$ le nombre d'heures de location.

En exprimant le prix de chaque tarif en fonction de $x$, résoudre l'équation obtenue pour déterminer le nombre d'heures pour lequel les deux tarifs coûtent exactement le même prix.

Saisir la valeur du nombre d'heures x.

★ Standard

On considère les deux expressions algébriques définies pour tout nombre réel $x$ par :

$$A(x) = (x + 4)^2$$$$B(x) = x^2 + 8x + 9$$

Afin de comparer $A(x)$ et $B(x)$, on étudie la différence $A(x) - B(x)$.

En développant et en réduisant cette différence, déterminer sa valeur constante.

Saisir la valeur de la différence $A(x) - B(x)$.

★ Standard

On considère l'expression $E(x) = (3x - 7)^2 - (x + 3)^2$.

On dispose des deux formes suivantes pour l'expression $E(x)$ :

  • Forme A (développée et réduite) : $E(x) = 8x^2 - 48x + 40$
  • Forme B (factorisée) : $E(x) = (2x - 10)(4x - 4)$

En choisissant la forme la plus adaptée, résoudre l'équation $E(x) = 0$.

Saisir la valeur de la plus grande solution de l'équation $E(x) = 0$ :

★★ Avancé

Un artisan étudie deux modèles de coût de production $f(x)$ et $g(x)$ exprimés en centaines d'euros pour une quantité $x > 1{,}5$ mesurée en tonnes :

$$f(x) = (2x - 3)^2 - 25 \quad \text{et} \quad g(x) = (x + 1)(2x + 1)$$

Il souhaite déterminer pour quelles quantités $x > 1{,}5$ le coût $f(x)$ est strictement inférieur au coût $g(x)$, c'est-à-dire résoudre l'inéquation $f(x) < g(x)$.

Voici la résolution proposée par un élève :

Étape 1 : Factorisation de $f(x)$ au moyen d'une identité remarquable :
$$f(x) = (2x - 3)^2 - 5^2 = (2x - 3 - 5)(2x - 3 + 5) = (2x - 8)(2x + 2) = 4(x - 4)(x + 1)$$

Étape 2 : Étude de la différence $D(x) = f(x) - g(x)$ par factorisation avec le facteur commun $(x + 1)$ :
$$D(x) = 4(x - 4)(x + 1) - (x + 1)(2x + 1) = (x + 1)[4(x - 4) - (2x + 1)] = (x + 1)(2x - 17)$$

Étape 3 : Analyse du signe des facteurs sur le domaine de travail $x > 1{,}5$ :
Si $x > 1{,}5$, alors $x + 1 > 2{,}5 > 0$. Le facteur $(x + 1)$ est donc strictement positif pour tout $x > 1{,}5$.

Étape 4 : Déduction de l'ensemble des solutions :
Comme $(x + 1) > 0$, l'inéquation $D(x) < 0$ équivaut à $2x - 17 < 0$, soit $x < 8{,}5$. Sur le domaine $x > 1{,}5$, l'ensemble des solutions est l'intervalle $]1{,}5 ; 8{,}5[$.

Saisir le numéro de la première étape contenant une erreur (ou 0 si le raisonnement est entièrement exact).

★★ Avancé

Soient $x$ et $y$ deux nombres réels vérifiant les conditions suivantes :

$$ -1{,}5 \le x \le 3{,}5 \quad \text{et} \quad -4 \le y \le 2{,}5 $$

On considère l'expression $E = -6x + 4y - 3$.

Déterminer la plus grande valeur possible que peut prendre l'expression $E$.

Saisir la plus grande valeur possible de l'expression $E$.

★★ Avancé

Pour tout nombre réel $x > 0$, on considère deux quantités $A(x)$ et $B(x)$ définies par :

$$A(x) = \dfrac{5x + k}{2x + 1} \quad \text{et} \quad B(x) = 2$$

où $k$ est un nombre réel fixe.

On sait que pour tout $x > 0$, la différence entre ces deux quantités s'exprime sous la forme :

$$A(x) - B(x) = \dfrac{x + 3}{2x + 1}$$

Déterminer la valeur du paramètre $k$.

Saisir la valeur de k.

★★ Avancé

On considère l'expression $f(x) = (3x - 2)^2 - (x + 4)^2$, définie pour tout nombre réel $x$.

Déterminer la plus petite valeur réelle $x$ telle que $f(x) \le 0$.

Saisir la valeur minimale sous forme décimale.

★★ Avancé

Dans un site industriel, la performance de deux chaînes de fabrication $A$ et $B$ est mesurée par un taux de qualité qui dépend du nombre entier $n \ge 1$ de jours de réglage continu.

Pour un nombre $n$ de jours de réglage :

  • Le taux de qualité de la chaîne $A$ est exprimé par $A(n) = \dfrac{n + 6}{n + 13}$.
  • Le taux de qualité de la chaîne $B$ est exprimé par $B(n) = \dfrac{n + 1}{n + 6}$.

On cherche à déterminer le moment à partir duquel la chaîne $B$ devient strictement plus performante que la chaîne $A$.

Saisir le nombre minimal de jours $n$ à partir duquel le taux de qualité de la chaîne $B$ est strictement supérieur à celui de la chaîne $A$.

★★★ Challenge

On considère les deux expressions algébriques définies pour tout réel $x$ par :

$$A(x) = (2x - 7)^2 - 81 \quad \text{et} \quad B(x) = (x - 8)(x + 6)$$

Par une étude algébrique rigoureuse, déterminer la plus petite valeur entière $n \ge 1$ telle que l'inégalité $A(x) \ge B(x)$ soit vérifiée pour tout réel $x \ge n$.

Saisir la valeur de $n$.

★★★ Challenge

Un artisan conçoit deux pièces métalliques :

  • La pièce A est une plaque carrée de côté $x + 4\text{ cm}$, au centre de laquelle est découpé un trou carré de côté $x - 1\text{ cm}$ (avec $x > 1$).
  • La pièce B est une plaque rectangulaire de largeur $3\text{ cm}$ et de longueur $x + k\text{ cm}$, où $k$ est un nombre réel fixé.

On cherche à déterminer la valeur du paramètre $k$ telle que l'aire de la pièce A soit supérieure ou égale à l'aire de la pièce B si et seulement si $x \ge 6$.

Saisir la valeur de $k$.

Approfondissement ★★★ Challenge

On rappelle la propriété suivante : pour tous réels strictement positifs $a$ et $b$, on a $\sqrt{ab} \le \frac{a+b}{2}$, avec égalité si et seulement si $a = b$.

Soient $x$ et $y$ deux réels strictement positifs tels que $4x + 9y = 48$.

Déterminer la valeur maximale que peut atteindre le produit $x \times y$.

Saisir la valeur maximale du produit $x \times y$.