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09Partie 1 : Nombres et calcul★★ FréquentCycle 4 · BOEN 2020Intervalles et |x| : programme Seconde

Équations, inéquations, systèmes

Équation du 1er degré · mise en équation · équation-produit · systèmes à 2 inconnues · inéquations · intervalles · valeur absolue.

Sur cette page

Comprendre

Pourquoi résoudre des équations ?

Une ceinture de 90 cm, deux morceaux, le premier deux fois plus long que le second. On pourrait tâtonner, ou écrire : si le second fait x cm, le premier fait 2x, et x + 2x = 90, donc x = 30.

Voilà l'essence d'une équation : traduire une situation par une expression, puis trouver la valeur inconnue qui la vérifie. Dans la fiche N°8, les lettres étaient des variables (on généralisait) ; ici ce sont des inconnues, une valeur précise à trouver. Cette fiche couvre les équations du 1er degré, les systèmes, les inéquations, et deux notions du programme de Seconde (intervalles et valeur absolue).

L'équation du 1er degré : trouver l'inconnue

Une équation du 1er degré est une égalité du type ax + b = c, où x est l'inconnue. « 1er degré » signifie que l'inconnue n'est jamais élevée à une puissance supérieure à 1 (pas de x², pas de x³). Résoudre, c'est isoler x à l'aide de deux opérations qui conservent l'égalité.

Règle 1 : ajouter ou soustraire
Le même nombre des deux côtés.
x − 5 = 3 → x − 5 + 5 = 3 + 5 → x = 8
Règle 2 : multiplier ou diviser
Par le même nombre non nul.
3x = 12 → 3x ÷ 3 = 12 ÷ 3 → x = 4
Résoudre 2x + 5 = x − 3
2x − x = −3 − 5 (les x à gauche, les nombres à droite)
x = −8

Vérification : 2 × (−8) + 5 = −11 et (−8) − 3 = −11 ✓

Réflexe vérification

Toujours substituer la valeur trouvée dans l'équation de départ. Si les deux membres sont égaux, la solution est correcte. Ne jamais sauter cette étape au concours.

Mise en équation et équation-produit

Mettre un problème en équationles 4 étapes

C'est souvent la partie la plus valorisée au CRPE : l'équation n'est pas donnée, il faut la construire à partir d'un énoncé en français. Problème fil rouge : « Une classe a 35 élèves, 5 garçons de plus que de filles. Combien de filles ? »

ÉtapeSur le fil rouge
① Nommer l'inconnue (et son unité)Soit x le nombre de filles.
② Exprimer les autres quantités avec xGarçons = x + 5.
③ Traduire la contrainte en égalitéx + (x + 5) = 35, soit 2x + 5 = 35.
④ Résoudre, vérifier, conclure en françaisx = 15 : 15 filles et 20 garçons.

Ce que le jury pénalise : écrire « 2x + 5 = 35 » sans avoir dit ce que représente x. Sans la phrase de l'étape ①, la résolution est juste mais pédagogiquement incomplète.

L'équation-produitla règle du produit nul
A × B = 0 ⟺ A = 0 ou B = 0
(x − 3)(2x + 5) = 0
⟺ x = 3 ou x = −5/2

Cette règle ne fonctionne QUE si le membre de droite est 0. Si A × B = 6, on ne peut pas écrire A = 2 et B = 3.

On utilise souvent la factorisation (fiche N°8) pour obtenir une forme produit = 0. Exemple : x² − 9 = 0 → x² − 3² = 0 → (x + 3)(x − 3) = 0 → x = −3 ou x = 3.

Les systèmes de 2 équations à 2 inconnues

Quand un problème a deux inconnues et deux contraintes, une seule équation ne suffit plus : il faut un système. Deux méthodes, selon la situation.

Substitution
Quand une équation isole facilement une variable.
x + y = 10 et 2x − y = 5
y = 10 − x, puis 2x − (10 − x) = 5 → x = 5, y = 5
Combinaison (addition)
Quand additionner élimine une variable.
x + y = 10 et 2x − y = 5
Addition : 3x = 15 → x = 5, puis y = 5

Vérifier dans les deux équations

Toujours vérifier la solution dans les DEUX équations de départ, pas seulement dans la dernière utilisée. Et conclure en français : « Un café coûte 5 € et un thé 3 €. »

Inéquations, intervalles et valeur absolue

Résoudre une inéquation du 1er degré

Une inéquation remplace le signe = par <, >, ≤ ou ≥. La solution n'est plus une valeur unique mais un ensemble, souvent un intervalle. On isole l'inconnue comme pour une équation, avec une règle cruciale.

La règle qui change tout

Quand on multiplie ou divise les deux membres par un nombre négatif, le sens de l'inégalité s'inverse : < devient >, ≤ devient ≥.
Sans inversion
2x + 3 > 7 → 2x > 4
x > 2 (division par 2 > 0)
Solution : ]2 ; +∞[
Avec inversion
−3x + 1 ≤ 10 → −3x ≤ 9
x ≥ −3 (division par −3 < 0)
Solution : [−3 ; +∞[

Programme de Seconde

Les intervalles et la valeur absolue ci-dessous relèvent du programme de Seconde. Ils sont attendus au CRPE M2 et à conserver à ce titre, mais à retirer lors de la future dérivation L3 (qui s'appuie sur le seul programme cycle 4).
Les intervallesnotation et lecture (Seconde)
NotationSignifieBornes
[a ; b]a ≤ x ≤ ba et b incluses
]a ; b[a < x < ba et b exclues
[a ; b[a ≤ x < ba incluse, b exclue
[a ; +∞[x ≥ a+∞ toujours exclu
]−∞ ; b]x ≤ b−∞ toujours exclu

Règle : ≤ ou ≥ donne un crochet fermé ([ ou ]), < ou > un crochet ouvert (] ou [). ±∞ est toujours exclu (crochet ouvert), car l'infini n'est pas un nombre.

La valeur absoluela distance à zéro (Seconde)
|x| est la distance de x à 0 : |5| = 5, |−5| = 5, |0| = 0
|x − a| = distance entre x et a
|x − a| ≤ r ⟺ a − r ≤ x ≤ a + r

Exemple : |x − 3| ≤ 2 ⟺ −2 ≤ x − 3 ≤ 2 ⟺ 1 ≤ x ≤ 5, soit x ∈ [1 ; 5].

Le piège de la ficheTrès fréquent

Piège n°1 : ne pas inverser l'inégalité

On croit : −2x > 6 → x > −3 (sens conservé).

En réalité : −2x > 6 → x < −3 : diviser par −2 (négatif) inverse le sens.

Diviser ou multiplier par un négatif = retourner la flèche de l'inégalité.

Le piège de la ficheTrès fréquent

Piège n°2 : produit nul sans membre = 0

On croit : (x − 2)(x + 3) = 6 → x − 2 = 6 ou x + 3 = 6.

En réalité : La règle A × B = 0 exige un membre de droite nul. Ici, développer, réduire, puis ramener à = 0.

Vérifier d'abord : le membre de droite est-il 0 ? Sinon, développer avant de factoriser.

Le piège de la ficheClassique

Piège n°3 : oublier la cohérence avec le contexte

On croit : Trouver x = −4 pour un nombre d'élèves et conclure sans rien signaler.

En réalité : Un nombre d'élèves est un entier positif. x = −4 est solution de l'équation mais n'a pas de sens : il faut le signaler.

Relire toujours la valeur trouvée à la lumière du contexte (positif ? entier ? dans les bornes ?).

Le piège de la ficheNotation

Piège n°4 : crochet ouvert sur une borne incluse

On croit : x ≥ 3 → ]3 ; +∞[ (le 3 est exclu à tort).

En réalité : x ≥ 3 → [3 ; +∞[ : le crochet fermé indique que 3 est inclus.

≤ ou ≥ → crochet fermé ; < ou > → crochet ouvert. L'infini garde toujours un crochet ouvert.

Ce que ça donne à l'écolele regard du futur enseignant

Aux cycles 2 et 3, les élèves résolvent des problèmes par essais-ajustements ou par « remontée » (« si 2 crayons coûtent 6 €, 1 crayon coûte 3 € »). C'est une approche arithmétique, sans lettre, que les programmes du cycle 3 développent en demandant de formuler et résoudre des problèmes : cela prépare implicitement la mise en équation.

Savoir modéliser un problème par une équation est exactement la compétence que le jury évalue. Écrire « soit x la quantité cherchée, alors… » avant de résoudre montre qu'on comprend la démarche, pas seulement qu'on manipule des symboles. Les situations de recherche proposées en primaire (partages, prix, mesures) sont les mêmes que celles modélisées par des équations au collège : comprendre cette continuité permet d'enseigner avec cohérence.

Méthode

Lire la consigne avant tout

« Résoudre », « mettre en équation », « exprimer l'ensemble des solutions » ne demandent pas la même chose. Un mot mal lu, et tous les points sont perdus. Chaque savoir-faire ci-dessous se termine par une vérification.
MéthodeRésoudre une équation du 1er degré
Question type : « Résoudre 3(x − 2) + 5 = 2x + 7. »
1
Développer et réduire chaque membre.
3x − 6 + 5 = 2x + 7
3x − 1 = 2x + 7
2
Rassembler les x d'un côté, les nombres de l'autre.
3x − 2x = 7 + 1
x = 8
3
Vérifier dans l'équation de départ.
3(8 − 2) + 5 = 23 et 2 × 8 + 7 = 23 ✓
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Résoudre 5x − 4 = 2x + 11.

MéthodeMettre un problème en équation et le résoudre
Problème type : « Une classe a 32 élèves, 4 filles de plus que de garçons. Combien de garçons ? »
1
Nommer l'inconnue avec précision.
Soit x le nombre de garçons.
2
Exprimer les autres quantités avec x.
Filles = x + 4
3
Traduire la contrainte et résoudre.
x + (x + 4) = 32 → 2x + 4 = 32 → x = 14
4
Vérifier la cohérence et conclure en français.
14 + 18 = 32 ✓ : il y a 14 garçons et 18 filles.
La valeur de x n'est pas la réponse : son interprétation en français l'est.
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Un ruban de 90 cm est coupé en deux, le premier morceau fait le double du second. Mettre en équation et résoudre.

MéthodeRésoudre une équation-produit
Question type : « Résoudre (2x − 6)(x + 4) = 0. »
1
Vérifier que le membre de droite est 0.
Oui : on peut appliquer la règle du produit nul.
2
Écrire les deux équations séparées et les résoudre.
2x − 6 = 0 → x = 3
x + 4 = 0 → x = −4
Si l'énoncé donne un membre de droite ≠ 0, développer d'abord et ramener à = 0 avant de factoriser.
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Résoudre x² − 16 = 0.

MéthodeRésoudre un système et une inéquation
Système type : « x + y = 10 et 2x − y = 5. » Inéquation type : « −2x + 7 ≤ 3x − 3. »
1
Système : substituer ou combiner.
Combinaison : addition → 3x = 15 → x = 5
Puis 5 + y = 10 → y = 5
2
Vérifier dans les deux équations, conclure.
5 + 5 = 10 ✓ et 2 × 5 − 5 = 5 ✓
3
Inéquation : isoler x, surveiller le signe du coefficient.
10 ≤ 5x → 2 ≤ x (division par 5 > 0)
Solution : [2 ; +∞[
Si on divise par un négatif, inverser le sens de l'inégalité.
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Résoudre −4x + 3 > 11 et donner la solution en intervalle.

Méthode bien en tête ? Entraînez-vous.