+ qu'un profMon espace

Première Spé Maths / Chapitre 1 : Second degré

Fiche 2 : équations et inéquations du second degré

Dix exercices pour maîtriser les équations et les inéquations du second degré :

  • résolution d'équations avec le discriminant ;
  • inéquations et tableau de signes ;
  • équations qui se ramènent au second degré (développer, réduire, problème géométrique) ;
  • discussion selon un paramètre ;
  • somme et produit des racines ;
  • deux nombres de somme et de produit donnés (approfondissement) ;
  • un script Python ;
  • vrai/faux ;
  • racine évidente (et factorisation d'un polynôme du troisième degré, en approfondissement) ;
  • logique : réciproque, contraposée, négation, condition nécessaire et suffisante.

Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend d'une bonne copie :

  • Δ\Delta calculé et son signe donné avant les racines ;
  • solutions vérifiées ;
  • inéquations résolues avec le signe de aa et les racines ;
  • conclusion sous forme d'ensemble solution SS.

💡 Le modèle de rédaction d'une inéquation

« On étudie le signe de −2x2+x+3-2x^2+x+3. Δ=1+24=25>0\Delta=1+24=25>0 : deux racines x1=−1−5−4=32x_1=\dfrac{-1-5}{-4}=\dfrac32 et x2=−1+5−4=−1x_2=\dfrac{-1+5}{-4}=-1. Comme a=−2<0a=-2<0, la fonction est positive entre les racines. Donc −2x2+x+3>0  ⟺  x∈]−1 ;32[-2x^2+x+3>0\iff x\in\left]-1\,;\dfrac32\right[. S=]−1 ;32[S=\left]-1\,;\dfrac32\right[. »

  • Racines, puis signe de aa, puis lecture du signe.
  • Attention aux crochets : inégalité stricte ou large.
  • Termine par S=…S=\dots

⚠️ Les pièges classiques

  • Oublier de calculer Δ\Delta avant les racines.
  • Se tromper d'intervalle : à l'extérieur des racines pour a>0a>0 et « ≥0\ge0 », entre les racines pour a>0a>0 et « ≤0\le0 ».
  • Garder une solution qui n'a pas de sens dans le problème (une longueur négative, par exemple).
  • Lire le signe sans ranger les racines dans l'ordre croissant (si a<0a<0, la formule donne x1>x2x_1>x_2).

😄 Une inéquation résolue comme une équation, c'est un parapluie ouvert au soleil : ça ne sert à rien mais ça se voit.


Exercice 1 (★) : résoudre des équations

Résoudre dans R\R :

1. 2x2−5x+2=02x^2-5x+2=0

2. x2+2x+5=0x^2+2x+5=0

3. 4x2−12x+9=04x^2-12x+9=0

4. −x2+4x+5=0-x^2+4x+5=0

✏️ Correction de l'exercice 1

Équation 1

Δ=25−16=9>0\Delta=25-16=9>0. Deux solutions : x1=5−34=12x_1=\dfrac{5-3}4=\dfrac12 et x2=5+34=2x_2=\dfrac{5+3}4=2.

✅ S={12 ;2}S=\left\{\dfrac12\,;2\right\}

Équation 2

Δ=4−20=−16<0\Delta=4-20=-16<0.

✅ S=∅S=\varnothing

Équation 3

Δ=144−144=0\Delta=144-144=0. Solution double : x0=128=32x_0=\dfrac{12}{8}=\dfrac32.

✅ S={32}S=\left\{\dfrac32\right\}

Équation 4

Δ=16+20=36>0\Delta=16+20=36>0. Deux solutions : x1=−4−6−2=5x_1=\dfrac{-4-6}{-2}=5 et x2=−4+6−2=−1x_2=\dfrac{-4+6}{-2}=-1.

✅ S={−1 ;5}S=\{-1\,;5\}


Exercice 2 (★★) : inéquations

Résoudre dans R\R :

1. x2−3x−4≤0x^2-3x-4\le0

2. −2x2+x+3>0-2x^2+x+3>0

3. x2+2x+5>0x^2+2x+5>0

4. 2x2−5x+2≥02x^2-5x+2\ge0

✏️ Correction de l'exercice 2

Inéquation 1

Δ=9+16=25>0\Delta=9+16=25>0. Racines : x1=3−52=−1x_1=\dfrac{3-5}2=-1 et x2=3+52=4x_2=\dfrac{3+5}2=4. Comme a=1>0a=1>0, la fonction est négative ou nulle entre les racines.

✅ S=[−1 ;4]S=[-1\,;4]

Inéquation 2

Δ=1+24=25>0\Delta=1+24=25>0. Racines −1-1 et 32\dfrac32. Comme a=−2<0a=-2<0, la fonction est positive entre les racines.

✅ S=]−1 ;32[S=\left]-1\,;\dfrac32\right[

Inéquation 3

Δ=−16<0\Delta=-16<0 et a=1>0a=1>0 : la fonction est du signe de aa pour tout réel xx, donc strictement positive.

✅ S=RS=\R

Inéquation 4

Racines 12\dfrac12 et 22 (exercice 1). Comme a=2>0a=2>0, la fonction est positive ou nulle à l'extérieur des racines.

✅ S=]−∞ ;12]∪[2 ;+∞[S=\left]-\infty\,;\dfrac12\right]\cup\left[2\,;+\infty\right[


Exercice 3 (★★) : se ramener au second degré

Résoudre dans R\R :

1. (x−2)2=3x−2(x-2)^2=3x-2

2. (2x−1)(x+3)=x2+7(2x-1)(x+3)=x^2+7

3. Un rectangle a un côté de 33 m de plus que l'autre et une diagonale de 1515 m. Quelles sont ses dimensions ?

✏️ Correction de l'exercice 3

Équation 1

On développe et on passe tout dans un membre : x2−4x+4=3x−2  ⟺  x2−7x+6=0x^2-4x+4=3x-2\iff x^2-7x+6=0.

Δ=49−24=25>0\Delta=49-24=25>0, donc x1=7−52=1x_1=\dfrac{7-5}2=1 et x2=7+52=6x_2=\dfrac{7+5}2=6. (On retrouve aussi la factorisation directe : somme 77, produit 66.)

Vérification : pour x=6x=6, (6−2)2=16(6-2)^2=16 et 3×6−2=163\times6-2=16 ✓

✅ S={1 ;6}S=\{1\,;6\}

Équation 2

(2x−1)(x+3)=2x2+6x−x−3=2x2+5x−3(2x-1)(x+3)=2x^2+6x-x-3=2x^2+5x-3. L'équation devient 2x2+5x−3=x2+7  ⟺  x2+5x−10=02x^2+5x-3=x^2+7\iff x^2+5x-10=0.

Δ=25+40=65>0\Delta=25+40=65>0, donc x1=−5−652x_1=\dfrac{-5-\sqrt{65}}2 et x2=−5+652x_2=\dfrac{-5+\sqrt{65}}2.

✅ S={−5−652 ;−5+652}S=\left\{\dfrac{-5-\sqrt{65}}2\,;\dfrac{-5+\sqrt{65}}2\right\}

Problème 3

On note xx le plus petit côté, en m, avec x>0x>0. Le théorème de Pythagore donne x2+(x+3)2=152x^2+(x+3)^2=15^2, soit 2x2+6x+9=225  ⟺  x2+3x−108=02x^2+6x+9=225\iff x^2+3x-108=0.

Δ=9+432=441=212>0\Delta=9+432=441=21^2>0, donc x1=−3−212=−12x_1=\dfrac{-3-21}2=-12 et x2=−3+212=9x_2=\dfrac{-3+21}2=9. Comme x>0x>0, seule x=9x=9 convient.

✅ Le rectangle mesure 99 m sur 1212 m.

Vérification : 92+122=81+144=225=1529^2+12^2=81+144=225=15^2 ✓


Exercice 4 (★★★) : discuter selon un paramètre

1. Selon les valeurs du réel mm, donner le nombre de solutions de x2−mx+4=0x^2-mx+4=0.

2. Déterminer mm pour que x2+mx+m+3=0x^2+mx+m+3=0 admette une racine double, et donner cette racine.

✏️ Correction de l'exercice 4

Question 1

Δ=m2−16=(m−4)(m+4)\Delta=m^2-16=(m-4)(m+4).

  • Δ>0  ⟺  m<−4\Delta>0\iff m<-4 ou m>4m>4 : deux solutions.
  • Δ=0  ⟺  m=−4\Delta=0\iff m=-4 ou m=4m=4 : une solution.
  • Δ<0  ⟺  −4<m<4\Delta<0\iff-4<m<4 : aucune solution.

Question 2

Δ=m2−4(m+3)=m2−4m−12=(m−6)(m+2)\Delta=m^2-4(m+3)=m^2-4m-12=(m-6)(m+2). Racine double   ⟺  Δ=0  ⟺  m=6\iff\Delta=0\iff m=6 ou m=−2m=-2.

Pour m=6m=6 : x2+6x+9=(x+3)2x^2+6x+9=(x+3)^2, racine double −3-3.

Pour m=−2m=-2 : x2−2x+1=(x−1)2x^2-2x+1=(x-1)^2, racine double 11.

✅ m=6m=6 (racine −3-3) ou m=−2m=-2 (racine 11).


Exercice 5 (★★) : somme et produit des racines

Partie A. Soit x1x_1 et x2x_2 les solutions de x2−3x−1=0x^2-3x-1=0.

1. Justifier que l'équation a deux solutions, puis calculer x1+x2x_1+x_2 et x1x2x_1x_2.

2. Calculer x1x2x_1x_2, puis dire sans calculer Δ\Delta si les deux solutions ont le même signe.

Partie B. L'équation 2x2−5x+m=02x^2-5x+m=0 admet 22 pour racine.

3. Déterminer mm, puis l'autre racine sans calculer Δ\Delta.

✏️ Correction de l'exercice 5

Question 1

Δ=9+4=13>0\Delta=9+4=13>0 : deux solutions distinctes. D'après les relations entre coefficients et racines :

✅ x1+x2=−ba=3x_1+x_2=-\dfrac ba=3 et x1x2=ca=−1x_1x_2=\dfrac ca=-1

Question 2

x1x2=−1<0x_1x_2=-1<0 : le produit est négatif, donc les deux solutions sont de signes contraires.

✅ Une solution est positive et l'autre négative.

Question 3

2×4−10+m=02\times4-10+m=0, donc m=2m=2. Le produit des racines vaut ca=m2=1\dfrac ca=\dfrac m2=1 : l'autre racine est 12\dfrac12.

✅ m=2m=2 et l'autre racine est 12\dfrac12.

Vérification avec la somme : 2+12=52=−ba2+\dfrac12=\dfrac52=-\dfrac ba ✓


Exercice 6 (★★) : deux nombres (approfondissement du programme)

1. Trouver deux nombres dont la somme est 77 et le produit est 1010.

2. Un rectangle a pour périmètre 2020 et pour aire 2121. Quelles sont ses dimensions ?

✏️ Correction de l'exercice 6

Question 1

Deux nombres de somme S=7S=7 et de produit P=10P=10 sont les solutions de X2−7X+10=0X^2-7X+10=0. Δ=49−40=9\Delta=49-40=9, donc X1=7−32=2X_1=\dfrac{7-3}2=2 et X2=7+32=5X_2=\dfrac{7+3}2=5.

✅ Les nombres sont 22 et 55.

Question 2

Le demi-périmètre est 1010 : la somme des dimensions est 1010, leur produit est 2121. Ce sont les solutions de X2−10X+21=0X^2-10X+21=0. Δ=100−84=16\Delta=100-84=16, donc X1=10−42=3X_1=\dfrac{10-4}2=3 et X2=10+42=7X_2=\dfrac{10+4}2=7.

✅ Le rectangle mesure 33 sur 77.


Exercice 7 (★★) : Python

On considère :

from math import sqrt

def racines(a, b, c):
    delta = b*b - 4*a*c
    if delta > 0:
        return [(-b - sqrt(delta))/(2*a), (-b + sqrt(delta))/(2*a)]
    if delta == 0:
        return [-b/(2*a)]
    return []

1. Que renvoient racines(2, -5, 2), racines(4, -12, 9) et racines(1, 2, 5) ?

2. Que fait la fonction lorsque delta < 0 ?

3. Écrire une liste en compréhension qui contient les entiers de [−5 ;5][-5\,;5] solutions de x2−x−2≤0x^2-x-2\le0.

✏️ Correction de l'exercice 7

Question 1

racines(2, -5, 2) : Δ=9>0\Delta=9>0 : renvoie [0.5, 2.0].

racines(4, -12, 9) : Δ=0\Delta=0 : renvoie [1.5].

racines(1, 2, 5) : Δ=−16<0\Delta=-16<0 : renvoie [].

✅ Les valeurs coïncident avec l'exercice 1.

Question 2

Quand delta < 0, aucune des deux conditions n'est vérifiée : la fonction renvoie la liste vide [], ce qui signifie que l'équation n'a aucune solution réelle.

Question 3

La condition de la liste est celle de l'inéquation. x2−x−2=(x−2)(x+1)≤0  ⟺  x∈[−1 ;2]x^2-x-2=(x-2)(x+1)\le0\iff x\in[-1\,;2].

[x for x in range(-5, 6) if x*x - x - 2 <= 0]

✅ Cette liste vaut [-1, 0, 1, 2].


Exercice 8 (★★) : vrai ou faux

Justifier chaque réponse :

1. L'ensemble solution de x2≥9x^2\ge9 est [3 ;+∞[[3\,;+\infty[.

2. Si Δ<0\Delta<0 et a<0a<0, alors la fonction est strictement négative pour tout réel.

3. L'équation x2=−4x^2=-4 admet deux solutions.

4. L'équation (x−1)(x+2)=0(x-1)(x+2)=0 a pour solutions 11 et −2-2.

✏️ Correction de l'exercice 8

Affirmation 1

x2≥9  ⟺  x≤−3x^2\ge9\iff x\le-3 ou x≥3x\ge3. Par exemple x=−4x=-4 convient.

❌ Faux. S=]−∞ ;−3]∪[3 ;+∞[S=]-\infty\,;-3]\cup[3\,;+\infty[.

Affirmation 2

Si Δ<0\Delta<0, la fonction est du signe de aa pour tout réel. Ici a<0a<0 : elle est strictement négative.

✅ Vrai.

Affirmation 3

Un carré est positif ou nul : x2=−4x^2=-4 n'a aucune solution réelle.

❌ Faux.

Affirmation 4

Un produit est nul si et seulement si l'un des facteurs est nul : x=1x=1 ou x=−2x=-2.

✅ Vrai.


Exercice 9 (★★) : racine évidente

1. Vérifier que 11 est racine de 2x2−7x+52x^2-7x+5, puis trouver l'autre racine sans calculer Δ\Delta.

2. (Approfondissement du programme.) Vérifier que 11 est racine de x3−7x+6x^3-7x+6. Trouver des réels aa, bb, cc tels que x3−7x+6=(x−1)(ax2+bx+c)x^3-7x+6=(x-1)(ax^2+bx+c), puis résoudre x3−7x+6=0x^3-7x+6=0.

✏️ Correction de l'exercice 9

Question 1

2−7+5=02-7+5=0 : 11 est racine. Le produit des racines vaut ca=52\dfrac ca=\dfrac52, donc l'autre racine est 52\dfrac52.

✅ Les racines sont 11 et 52\dfrac52.

Question 2

1−7+6=01-7+6=0 : 11 est racine.

On développe (x−1)(ax2+bx+c)=ax3+(b−a)x2+(c−b)x−c(x-1)(ax^2+bx+c)=ax^3+(b-a)x^2+(c-b)x-c et on identifie : a=1a=1, b−a=0b-a=0, c−b=−7c-b=-7, −c=6-c=6.

Donc a=1a=1, b=1b=1, c=−6c=-6 : x3−7x+6=(x−1)(x2+x−6)x^3-7x+6=(x-1)(x^2+x-6).

x2+x−6=0x^2+x-6=0 : Δ=25\Delta=25, x=−1−52=−3x=\dfrac{-1-5}{2}=-3 ou x=−1+52=2x=\dfrac{-1+5}{2}=2.

✅ S={−3 ; 1 ; 2}S=\{-3\,;\,1\,;\,2\}.


Exercice 10 (★★) : logique du second degré

Soit f(x)=ax2+bx+cf(x)=ax^2+bx+c avec a≠0a\neq0, et Δ=b2−4ac\Delta=b^2-4ac.

1. Écrire la réciproque de l'implication « si ac<0ac<0, alors Δ>0\Delta>0 ». Est-elle vraie ?

2. Écrire la contraposée de « si Δ<0\Delta<0, alors l'équation f(x)=0f(x)=0 n'a pas de solution réelle ».

3. La condition « Δ≥0\Delta\ge0 » est-elle nécessaire, suffisante, ou les deux, pour que f(x)=0f(x)=0 ait au moins une solution réelle ?

4. Écrire la négation de « pour tout réel xx, x2−4x+5>0x^2-4x+5>0 ». Laquelle des deux propositions est vraie ?

5. Dans chaque égalité, dire s'il s'agit d'une identité ou d'une équation, et préciser le statut des lettres : (x−3)2=x2−6x+9(x-3)^2=x^2-6x+9 ; x2+mx+1=0x^2+mx+1=0.

✏️ Correction de l'exercice 10

Question 1

Réciproque : « si Δ>0\Delta>0, alors ac<0ac<0 ». Elle est fausse : contre-exemple x2+3x+1x^2+3x+1, pour lequel Δ=9−4=5>0\Delta=9-4=5>0 mais ac=1>0ac=1>0.

Question 2

Contraposée : « si l'équation f(x)=0f(x)=0 a au moins une solution réelle, alors Δ≥0\Delta\ge0 ». Elle est vraie, comme l'implication de départ.

Question 3

Si Δ≥0\Delta\ge0, l'équation a au moins une solution (suffisante). Si l'équation a une solution, alors Δ≥0\Delta\ge0 (nécessaire).

✅ C'est une condition nécessaire et suffisante : Δ≥0  ⟺  \Delta\ge0\iff l'équation a au moins une solution réelle.

Question 4

Négation : « il existe un réel xx tel que x2−4x+5≤0x^2-4x+5\le0 ». Or Δ=16−20=−4<0\Delta=16-20=-4<0 et a=1>0a=1>0, donc x2−4x+5>0x^2-4x+5>0 pour tout réel xx.

✅ La proposition de départ est vraie, sa négation est fausse.

Question 5

(x−3)2=x2−6x+9(x-3)^2=x^2-6x+9 est vraie pour tout réel xx : c'est une identité, et xx est une variable. x2+mx+1=0x^2+mx+1=0 est une équation d'inconnue xx, dans laquelle mm est un paramètre.


🎯 Ce qui peut tomber en contrôle

  • La résolution d'une équation avec Δ\Delta et conclusion en SS (exercice 1).
  • Une inéquation avec le signe de aa et les racines (exercice 2).
  • Une équation ou un problème qui se ramène au second degré (exercice 3).
  • Une discussion selon un paramètre (exercice 4).
  • Somme et produit des racines, racine évidente (exercices 5 et 9).
  • Des questions de logique : réciproque, contraposée, négation (exercice 10).

QCM : vérifie tes acquis

5 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.

Question 1 sur 5

Quelles sont les solutions de 2x2−5x+2=02x^2-5x+2=0 ?

Question 2 sur 5

Quel est l'ensemble solution de x2−3x−4≤0x^2-3x-4\le0 ?

Question 3 sur 5

Quel est l'ensemble solution de x2+2x+5>0x^2+2x+5>0 ?

Question 4 sur 5

Quelles sont les solutions de x(x+3)=10x(x+3)=10 ?

Question 5 sur 5

Pour quelles valeurs de mm l'équation x2−mx+4=0x^2-mx+4=0 admet-elle une solution double ?

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

Réserver un appel découverte