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Équations du second degré

Une équation du second degré a x² comme plus grande puissance : ax² + bx + c = 0 avec a ≠ 0. Elle a au plus deux racines. On les trouve en factorisant (on coupe le terme du milieu, puis on met chaque parenthèse égale à zéro) ou avec la formule x = (−b ± √(b² − 4ac)) / 2a. Le discriminant D = b² − 4ac donne la nature des racines : D > 0 deux racines réelles différentes, D = 0 deux racines égales, D < 0 aucune racine réelle.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Regarde ces tuiles. Le grand carré bleu est x². Les cinq bandes vertes sont 5x. Les six petits carrés jaunes valent 6. Ensemble, ils forment x² + 5x + 6.
  2. Maintenant les tuiles glissent pour former un beau rectangle. Ses côtés sont (x + 2) et (x + 3). Donc x² + 5x + 6 = (x + 2)(x + 3). C'est la factorisation.
  3. Si (x + 2)(x + 3) = 0, une des parenthèses doit être nulle. Donc x = −2 ou x = −3. Sur le graphique, la courbe touche l'axe des x exactement en ces deux points. Ce sont les racines.
  4. La formule du second degré trouve les racines de n'importe quelle équation. Regarde-la agir ligne par ligne : calcule D, prends sa racine carrée, puis utilise plus et moins.
  5. Le discriminant D = b² − 4ac décide de tout. La courbe monte : d'abord elle coupe l'axe des x deux fois, puis le touche une seule fois, puis ne le touche plus. Deux racines, une racine, aucune racine réelle.
  6. À toi de jouer. Bouge les curseurs a, b et c. Compte où la courbe rencontre l'axe des x et vérifie D.

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

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Pourquoi a ne doit-il pas être 0 dans ax² + bx + c = 0 ?

Si a = 0, la partie en x² disparaît et il ne reste que bx + c = 0, qui est une équation de droite (du premier degré). Mets le curseur a à 0 à la dernière étape : la courbe devient une droite.

Comment savoir en quels deux nombres couper le terme du milieu ?

Leur produit doit valoir a × c et leur somme b. Dans les tuiles, les 5 bandes se séparent en 2 d'un côté et 3 de l'autre parce que 2 × 3 = 6 et 2 + 3 = 5.

Pourquoi met-on chaque parenthèse égale à zéro ?

Si deux nombres ont pour produit 0, au moins l'un des deux est 0. Donc (x + 2)(x + 3) = 0 veut dire x + 2 = 0 ou x + 3 = 0. Le graphique montre la courbe qui rencontre l'axe des x en −2 et −3.

Pourquoi les racines sont-elles les points où le graphique rencontre l'axe des x ?

Sur l'axe des x, y = 0. Les valeurs de x pour lesquelles y = ax² + bx + c vaut 0 sont donc exactement les racines.

Pourquoi y a-t-il un signe ± dans la formule ?

+4 et −4 donnent tous les deux 16 au carré. Donc quand on prend une racine carrée, on garde les deux signes. C'est ainsi qu'on obtient deux racines.

À quoi ressemble D = 0 ?

La courbe touche juste l'axe des x en un point, x = −b/2a. On dit que les deux racines sont égales. Regarde le moment du milieu de la montée à l'étape 4.

Une équation du second degré peut-elle avoir trois racines ?

Non. Une courbe en U peut couper une droite (l'axe des x) au plus deux fois. Essaie n'importe quels a, b, c en jeu libre : tu ne verras jamais trois croisements.

Qu'est-ce qu'une équation du second degré ? (forme standard)

Une équation du second degré est une équation où la plus grande puissance de x est 2. « Quad » veut dire carré.

Sa forme standard est ax² + bx + c = 0. Ici a, b et c sont des nombres réels et a ≠ 0. Si a valait 0, la partie en x² disparaîtrait et l'équation serait du premier degré.

Commence toujours par mettre tous les termes du même côté. Exemple : 2x² = 3x − 1 devient 2x² − 3x + 1 = 0, donc a = 2, b = −3, c = 1.

Un nombre qui rend l'équation vraie s'appelle une racine (ou solution). Une équation du second degré a au plus deux racines.

Comment savoir si une équation est du second degré

Développe toutes les parenthèses et simplifie. Si la plus grande puissance de x qui reste est 2, c'est du second degré. Attention : (x + 1)² = x² + 3 se simplifie en 2x − 2 = 0, qui n'est pas du second degré, car le x² disparaît.

Résoudre par factorisation (couper le terme du milieu)

Pour ax² + bx + c = 0, cherche deux nombres dont le produit vaut a × c et dont la somme vaut b. Coupe le terme du milieu en ces deux nombres, regroupe, puis mets les facteurs communs en évidence.

Exemple : x² + 5x + 6 = 0. Il faut deux nombres de produit 6 et de somme 5 : ce sont 2 et 3.

x² + 2x + 3x + 6 = 0 → x(x + 2) + 3(x + 2) = 0 → (x + 2)(x + 3) = 0.

Si deux nombres ont pour produit 0, au moins l'un des deux est 0. Donc x + 2 = 0 ou x + 3 = 0, ce qui donne x = −2 ou x = −3.

Les tuiles 3D montrent pourquoi cela marche : les pièces de x² + 5x + 6 s'assemblent exactement en un rectangle de côtés (x + 2) et (x + 3).

Résoudre avec la formule du second degré

Certaines équations ne se factorisent pas facilement. La formule du second degré marche toujours :

x = (−b ± √(b² − 4ac)) / 2a

Étapes : (1) écris a, b, c avec leurs signes ; (2) calcule D = b² − 4ac ; (3) si D ≥ 0, calcule √D ; (4) remplace dans la formule une fois avec + et une fois avec −.

D'où vient la formule ?

Elle vient de la complétion du carré. Divise par a : x² + (b/a)x + c/a = 0. Ajoute et retire (b/2a)² : (x + b/2a)² = (b² − 4ac)/4a². Prends la racine carrée des deux côtés : x + b/2a = ±√(b² − 4ac)/2a. Passe b/2a de l'autre côté et tu obtiens la formule. Le ± apparaît parce qu'un nombre positif et un nombre négatif donnent le même carré.

Discriminant et nature des racines

La partie sous la racine, D = b² − 4ac, s'appelle le discriminant. « Discriminer » veut dire « distinguer » : D nous dit quel type de racines on obtient sans résoudre.

Question classique d'examen : « Trouve k pour que kx² + 6x + 1 = 0 ait des racines égales. » On pose D = 0 : 36 − 4k = 0, donc k = 9.

Problèmes avec des équations du second degré

Quatre étapes transforment n'importe quelle histoire en équation du second degré :

  1. Nomme l'inconnue : appelle-la x (dis ce que x représente et son unité).
  2. Écris les autres quantités avec x.
  3. Forme l'équation à partir de la condition, et mets-la sous la forme ax² + bx + c = 0.
  4. Résous et vérifie : écarte les réponses qui n'ont pas de sens (une longueur, un âge ou une vitesse négatifs).

Types courants : aire d'un rectangle, nombres consécutifs, âges, vitesse et temps (trains, bateaux dans un courant), et travail fait par deux personnes.

À essayer : le puzzle des tuiles à la maison

Découpe dans du papier 1 grand carré (côté 5 cm), 5 bandes (5 cm × 1 cm) et 6 petits carrés (1 cm). Ils représentent x², 5x et 6. Essaie de ranger les 12 pièces en un seul rectangle. Mesure ses côtés : l'un est x + 2, l'autre x + 3. Essaie maintenant x² + 7x + 12 (7 bandes, 12 petits carrés). Quel rectangle obtiens-tu ?

Dans la 3D plus haut, va à la dernière étape et devine d'abord : avec a = 1, b = 4, c = 4, combien de fois la courbe rencontrera-t-elle l'axe des x ? Puis bouge les curseurs et vérifie.

Ce qui tombe à l'examen

Ce chapitre fait partie de l'unité d'algèbre (environ 20 points). Attends-toi à : vérifier si une équation est du second degré (1 point), trouver k pour des racines égales ou la nature des racines (2 points), résoudre par factorisation ou avec la formule (2 à 3 points), et un problème (3 à 5 points, souvent sur la vitesse ou l'aire).

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. (x − 2)² + 1 = 2x − 3 est-elle une équation du second degré ?

Développe la parenthèse : x² − 4x + 4 + 1 = 2x − 3. Mets tout à gauche : x² − 6x + 8 = 0. La plus grande puissance est 2 et a = 1 ≠ 0, donc oui, c'est du second degré.

2. Résous x² − 7x + 12 = 0 par factorisation.

Il faut deux nombres de produit 12 et de somme −7 : −3 et −4. x² − 3x − 4x + 12 = 0 → x(x − 3) − 4(x − 3) = 0 → (x − 3)(x − 4) = 0. Donc x = 3 ou x = 4.

3. Résous 2x² + x − 6 = 0 par factorisation.

a × c = 2 × (−6) = −12. Deux nombres de produit −12 et de somme 1 : 4 et −3. 2x² + 4x − 3x − 6 = 0 → 2x(x + 2) − 3(x + 2) = 0 → (x + 2)(2x − 3) = 0. Donc x = −2 ou x = 3/2.

4. Résous x² − 2x − 3 = 0 avec la formule du second degré.

a = 1, b = −2, c = −3. D = (−2)² − 4(1)(−3) = 4 + 12 = 16, √D = 4. x = (2 ± 4)/2. Donc x = 6/2 = 3 ou x = −2/2 = −1.

5. Trouve la nature des racines de 3x² − 4x + 2 = 0.

D = (−4)² − 4(3)(2) = 16 − 24 = −8. D < 0, donc l'équation n'a aucune racine réelle.

6. Trouve k pour que x² − kx + 9 = 0 ait deux racines égales.

Pour des racines égales, D = 0 : (−k)² − 4(1)(9) = 0 → k² = 36 → k = 6 ou k = −6.

7. La longueur d'un jardin rectangulaire est de 4 m de plus que sa largeur. Son aire est de 96 m². Trouve ses côtés.

Soit largeur = x m, longueur = x + 4 m. x(x + 4) = 96 → x² + 4x − 96 = 0 → (x + 12)(x − 8) = 0 → x = 8 ou x = −12. La largeur ne peut pas être négative, donc largeur = 8 m et longueur = 12 m.

8. Un train parcourt 360 km à vitesse constante. Si sa vitesse était de 10 km/h de plus, il mettrait 3 heures de moins. Trouve sa vitesse.

Soit vitesse = x km/h. Temps = 360/x. Alors 360/x − 360/(x + 10) = 3. Multiplie par x(x + 10) : 360(x + 10) − 360x = 3x(x + 10) → 3600 = 3x² + 30x → x² + 10x − 1200 = 0 → (x + 40)(x − 30) = 0. La vitesse ne peut pas être négative, donc elle vaut 30 km/h.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. Laquelle de ces équations est du second degré ?
2. Le discriminant de ax² + bx + c = 0 est :
3. Les racines de (x − 5)(x + 1) = 0 sont :
4. Si D = 0, l'équation a :
5. Le plus grand nombre de racines d'une équation du second degré est :

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

Qu'est-ce qu'une équation du second degré en mots simples ?

C'est une équation où x est au carré (x²) et où aucune puissance plus grande n'apparaît. Sa forme standard est ax² + bx + c = 0 avec a différent de 0.

Quelle méthode est la meilleure : factorisation ou formule ?

Essaie d'abord la factorisation si les nombres sont petits et simples. Si tu ne trouves pas vite deux nombres, utilise la formule. La formule marche toujours.

Pourquoi une équation du second degré peut-elle n'avoir aucune racine réelle ?

La formule a besoin de √D. Si D est négatif, aucun nombre réel au carré ne donne un nombre négatif, donc il n'y a pas de racine réelle. Sur le graphique, la courbe ne rencontre jamais l'axe des x.

Où c'est enseigné

Canada (Ontario)Grade 10Quadratic Relations of the Form y = ax2 + bx + c
Canada (Ontario)Grade 11A. Quadratic Functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªRelations and functions
NetherlandsVWO 3 (onderbouw)Equations
NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Functions, graphs and equations (part 1)
NetherlandsVWO 5Functions, graphs and equations (part 2)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IEquations and inequalities
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IEquations and inequalities
RomaniaClasa a VIII-aAlgebraic calculation in ℝ
Spain4º ESOAlgebraic sense
Spain4º ESOAlgebraic sense
Spain1º BachilleratoAlgebraic Sense
Spain1º BachilleratoAlgebraic Sense
Ukraine8 класAlgebraic expressions
Ukraine8 класEquations
CBSE (India)Class 10Algebra
CBSE (India)Class 10Algebra
England (GCSE, A level)Year 103.2 Algebra
England (GCSE, A level)Year 12B Algebra and functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Relationships between quantities and reasoning with equations
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Quadratic functions
Japan高校2年Various expressions
South Korea중학교 3학년Factorisation and quadratic equations
South Korea고등학교 1학년Equations and inequalities
South Korea고등학교 1학년Equations and inequalities
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Quadratic functions
FranceTroisièmeNumbers and calculations
FranceSecondeNumbers, calculations and algebra
FrancePremièreModelling change with functions
FrancePremièreAlgebra
Russia8 классEquations and inequalities
Russia8 классEquations and inequalities
Russia9 классEquations and inequalities
China九年级(初三)Ch.25 Quadratic equations in one variable

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