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Découvrir les identités remarquables

Une identité est une égalité vraie pour toutes les valeurs des lettres. Les dessins la prouvent : un carré de côté (a + b) se découpe en a², ab, ab et b², donc (a + b)² = a² + 2ab + b². De la même façon, on obtient (a − b)², a² − b² = (a + b)(a − b), (x + a)(x + b), (a + b + c)² et (a + b)³. Lues à l'envers, les identités servent à factoriser, à calculer vite et à simplifier des fractions rationnelles.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Construis un grand carré de côté a + b. Il faut quatre morceaux : un carré a², deux bandes a×b et un carré b². Donc (a + b)² = a² + 2ab + b².
  2. Pars maintenant de a². Enlève deux bandes rouges a×b. Le petit coin b² a été enlevé deux fois, donc remets un b². Il reste : (a − b)² = a² − 2ab + b².
  3. Découpe le coin b² dans a². Fais glisser la pièce du bas, tourne-la et pose-la sur le côté droit. Elle devient un rectangle de (a + b) sur (a − b).
  4. Prends 1 carré x², 5 bandes x et 6 petites tuiles unité. Range-les en un seul rectangle. Ses côtés sont x + 2 et x + 3. Donc x² + 5x + 6 = (x + 2)(x + 3).
  5. Passons en 3D : un cube de côté a + b s'ouvre en 8 blocs. Un a³, trois a²b, trois ab² et un b³. Nouvelle identité : (a + b)³ = a³ + 3a²b + 3ab² + b³.
  6. Jeu libre : choisis a et b comme tu veux. Le grand carré et les quatre morceaux ont toujours la même aire.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Pourquoi y a-t-il un 2ab dans (a + b)² ?

Le grand carré contient deux rectangles de taille a × b, un sur le côté et un en haut. Ensemble, ils donnent 2ab.

Pourquoi remet-on b² dans (a − b)² ?

Les deux bandes a×b se chevauchent dans le coin. Ce coin b² a été enlevé deux fois, donc on le remet une fois.

Comment a² − b² peut-il être un rectangle ?

Quand on découpe b² dans a², le L a deux pièces. Tourne une pièce et pose-la sur le côté : les pièces forment un rectangle (a + b) × (a − b).

Comment savoir quels deux nombres choisir pour factoriser ?

Les tuiles unité remplissent un rectangle dans le coin. Ses côtés ont pour produit la constante (6 = 2 × 3) et les bandes sur les côtés ont pour somme le terme du milieu (2 + 3 = 5).

D'où vient le 3 dans 3a²b ?

Le cube a trois plaques de taille a × a × b, une dans chaque direction. D'où 3a²b. C'est pareil pour 3ab².

Une identité est-elle vraie seulement pour ces nombres ?

Non. Change a et b en jeu libre : les deux aires sont égales à chaque fois. C'est cela, une identité.

Qu'est-ce qu'une identité ?

Une équation comme 2x + 1 = 7 n'est vraie que pour x = 3. Une identité est vraie pour toutes les valeurs. Exemple : (x + 1)² = x² + 2x + 1. Essaie avec x = 5 : 36 = 25 + 10 + 1. ✓

Pour tester une identité, remplace les lettres par un nombre dans les deux membres. Pour la prouver, développe-la ou dessine-la.

Voir les identités comme des aires

Aire d'un rectangle = longueur × largeur. Un produit de deux parenthèses est donc une aire.

Factoriser avec les identités et les tuiles algébriques

Factoriser, c'est écrire une expression sous forme de produit. On lit l'identité de droite à gauche.

Tuiles algébriques : prends un grand carré pour x², une bande pour chaque x et un petit carré pour chaque 1. Mets le x² dans un coin, les bandes le long de deux côtés et remplis le coin avec les unités. Si tout forme un rectangle parfait, ses côtés sont les facteurs.

Trouver de nouvelles identités

On peut fabriquer de nouvelles identités à partir des anciennes ou à partir de formes.

Vérifie toujours une nouvelle identité avec des nombres, par exemple a = 2, b = 1.

Simplifier les fractions rationnelles

Une fraction rationnelle est un polynôme divisé par un autre, comme (x² − 9)/(x + 3). Pour la simplifier, on factorise le haut et le bas, puis on simplifie les facteurs communs.

(x² − 9)/(x + 3) = (x + 3)(x − 3)/(x + 3) = x − 3, pour x ≠ −3.

Attention : on ne simplifie que des facteurs entiers, jamais des termes isolés. Et la valeur qui annule le dénominateur est interdite.

À toi de jouer : une activité pratique

Découpe du papier : un carré de 7 cm (a²), deux bandes de 7 cm × 3 cm (ab) et un carré de 3 cm (b²). Assemble-les en un grand carré. Mesure son côté : 10 cm. Vérifie 10² = 49 + 42 + 9 = 100. Ensuite, découpe 12 petits carrés unité et des bandes pour factoriser toi-même x² + 7x + 12.

Le coin de l'examen

Questions classiques : développer avec une identité ; calculer 99³ ou 104 × 96 sans multiplier directement ; factoriser x³ + 27 ou 8a³ − 27b³ ; utiliser a + b + c = 0 ; prouver une identité avec une figure ; simplifier une fraction rationnelle.

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Développer (2x + 3)².

(2x)² + 2(2x)(3) + 3² = 4x² + 12x + 9.

2. Calculer 98² sans multiplication posée.

(100 − 2)² = 10000 − 400 + 4 = 9604.

3. Calculer 104 × 96.

(100 + 4)(100 − 4) = 100² − 4² = 10000 − 16 = 9984.

4. Factoriser x² + 5x + 6 avec des tuiles.

1 x², 5 bandes, 6 unités. Le rectangle a pour côtés x + 2 et x + 3. Vérification : 2 + 3 = 5, 2 × 3 = 6. Donc (x + 2)(x + 3).

5. Développer (a + 2b − c)².

a² + 4b² + c² + 2(a)(2b) + 2(2b)(−c) + 2(−c)(a) = a² + 4b² + c² + 4ab − 4bc − 2ca.

6. Factoriser 8x³ + 27.

(2x)³ + 3³ = (2x + 3)(4x² − 6x + 9).

7. Si a + b + c = 0, trouver a³ + b³ + c³ pour a = 5, b = −2, c = −3.

5 − 2 − 3 = 0, donc a³ + b³ + c³ = 3abc = 3 × 5 × (−2) × (−3) = 90. Vérification : 125 − 8 − 27 = 90 ✓.

8. Simplifier (x² − 4x + 4)/(x² − 4).

Le haut = (x − 2)². Le bas = (x + 2)(x − 2). On simplifie (x − 2) : (x − 2)/(x + 2), pour x ≠ 2, −2.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. (x + 4)² =
2. a² − b² est égal à :
3. x² + 7x + 10 se factorise en :
4. Combien de blocs forment le modèle du cube (a + b)³ ?
5. Si a + b + c = 0, alors a³ + b³ + c³ =

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Quelles sont les principales identités algébriques en classe de 3e ?

(a ± b)², a² − b², (x + a)(x + b), (a + b + c)², (a ± b)³, a³ ± b³ et a³ + b³ + c³ − 3abc.

Quelle est la différence entre une identité et une équation ?

Une équation n'est vraie que pour certaines valeurs. Une identité est vraie pour toutes les valeurs des variables.

Comment utilise-t-on les identités pour factoriser ?

On les lit à l'envers : on repère le membre de droite d'une identité dans l'expression et on l'écrit sous forme du produit de gauche.

Où c'est enseigné

Canada (Ontario)Grade 10Quadratic Relations of the Form y = ax2 + bx + c
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IAlgebraic expressions
RomaniaClasa a VIII-aAlgebraic calculation in ℝ
CBSE (India)Class 9Algebra
England (GCSE, A level)Year 9Algebra
England (GCSE, A level)Year 103.2 Algebra
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Expressions and equations (quadratic)
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Expressions and equations
Japan中学3年Numbers and expressions
Japan高校1年Numbers and expressions
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Mathematics I
South Korea중학교 3학년Factorisation and quadratic equations
FranceTroisièmeNumbers and calculations
Russia7 классAlgebraic expressions
Russia7 классAlgebraic expressions
China八年级(初二)Ch.16 Multiplying polynomials
China八年级(初二)Ch.17 Factorisation

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