Troisième / Identités remarquables

48 exercices en 6 parties, du plus simple au plus difficile : ★★★ facile · ★★★ moyen · ★★★ difficile. Le corrigé détaillé est sur benprofparticulier.fr.
1.Développer (a + b)²
À retenir : $(a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2$ : je nomme $a$ et $b$, puis j'écris les trois termes. Le double produit $2ab$ ne disparaît jamais : $(x + 10)^2 = x^2 + 20x + 100$. Je garde les parenthèses : $(3x)^2 = 9x^2$, pas $3x^2$.

Ex. 1★★★Automatismes : le carré d'une somme — Développe chaque carré.

a$(x + 9)^2$b$(4 + x)^2$c$(y + 40)^2$d$(x + 0{,}7)^2$e$\left(n + \dfrac{3}{4}\right)^2$f$(t + 2{,}5)^2$

Ex. 2★★★Automatismes : je nomme a et b — Pour chaque carré, écris qui est $a$ et qui est $b$, puis développe.

a$(2x + 7)^2$b$(6 + 5x)^2$c$(10x + 3)^2$d$(x^2 + 3)^2$e$(5t + y)^2$f$(0{,}5 + 4y)^2$

Ex. 3★★★Retrouve les termes manquants — Complète les pointillés pour que chaque égalité soit vraie pour tout $x$.

  1. a$(x + \ldots)^2 = x^2 + 60x + \ldots$
  2. b$(\ldots + 1)^2 = 4x^2 + \ldots + 1$
  3. c$(3x + \ldots)^2 = \ldots + 42x + 49$
  4. d$(\ldots + \ldots)^2 = 25x^2 + 40x + 16$
  5. e$\left(x + \ldots\right)^2 = x^2 + \dfrac{2}{5}x + \ldots$

Ex. 4★★★Les erreurs d'Inès — Inès a développé ces carrés, mais chaque ligne contient une erreur. Trouve-la, puis écris le bon développement.

  1. a$(x + 6)^2 = x^2 + 36$. Teste avec $x = 1$, puis corrige.
  2. b$(8x + 3)^2 = 8x^2 + 48x + 9$
  3. c$(6x + 7)^2 = 36x^2 + 13x + 49$
  4. d$\left(x + \dfrac{1}{3}\right)^2 = x^2 + \dfrac{1}{3}x + \dfrac{1}{9}$

Ex. 5★★★Deux méthodes pour un même carré — On considère l'expression $E = (4x + 3)^2$.

  1. aDéveloppe $E = (4x + 3)(4x + 3)$ par double distributivité, en écrivant les quatre produits.
  2. bDéveloppe $E$ avec l'identité remarquable, en nommant $a$ et $b$. Compare avec la question précédente.
  3. cCalcule $E$ pour $x = 3$ avec la forme $(4x + 3)^2$, puis avec la forme développée.
  4. dDéveloppe et réduis $F = (4x + 3)^2 - (x + 2)^2$.

Ex. 6★★★Le pari de Malik et Lou — Malik affirme : « Pour tout nombre $x$, $(3x + 4)^2 = 9x^2 + 24x + 16$. » Lou affirme : « Pour tout nombre $x$, $(3x + 4)^2 = 3x^2 + 12x + 16$. »

  1. aComplète le tableau :
    $x$$0$$1$$-1$
    $(3x + 4)^2$   
    $9x^2 + 24x + 16$   
    $3x^2 + 12x + 16$   
  2. bLe tableau suffit-il à prouver que Malik a raison ? Justifie.
  3. cProuve que Malik a raison en développant $(3x + 4)^2$ avec une identité remarquable.
  4. dLe tableau suffit-il à prouver que Lou a tort ? Justifie, puis explique ses deux erreurs.
  5. eMalik écrit ensuite $\left(\frac{x}{2} + 3\right)^2 = \frac{x^2}{2} + 3x + 9$. Vrai ou faux ? Justifie, puis donne le bon développement.

Ex. 7★★★Le programme de calcul de Nadia — Nadia propose ce programme : choisir un nombre ; lui ajouter $0{,}3$ ; élever le résultat au carré ; soustraire le carré du nombre de départ.

  1. aApplique le programme au nombre $2$, en écrivant chaque étape.
  2. bApplique le programme au nombre $-1$, en écrivant chaque étape.
  3. cOn note $x$ le nombre de départ. Exprime le résultat du programme en fonction de $x$, développé et réduit.
  4. dQuel nombre de départ faut-il choisir pour obtenir $3{,}09$ ? Justifie.

Ex. 8★★★Le carré découpé de Sacha — Sacha dessine un carré de côté $2a + b$ (en cm, avec $a$ et $b$ positifs). Il le découpe en un carré de côté $2a$, un carré de côté $b$ et deux rectangles de dimensions $2a$ et $b$.

  1. aExprime la somme des aires des quatre morceaux en fonction de $a$ et $b$, puis réduis-la.
  2. bÉcris $(2a + b)^2 = (2a + b)(2a + b)$ et développe par double distributivité, avec les quatre produits. Que constates-tu ?
  3. cPour $a = 4$ et $b = 3$, calcule l'aire du grand carré de deux façons différentes.
  4. dSacha développe $(x^2 + 2)^2$ et écrit $x^4 + 4$. Prouve qu'il se trompe avec $x = 1$, puis donne le bon développement en nommant $a$ et $b$.
2.Développer (a − b)²
À retenir : $(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$ : le double produit est $-2ab$, le dernier terme est toujours $+b^2$. Ex. : $(x - 2)^2 = x^2 - 4x + 4$, pas $x^2 - 4$. Un essai réussi ne prouve rien ; un contre-exemple suffit à réfuter.

Ex. 9★★★Développer en ligne — Développe et réduis chaque expression avec l'identité $(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$.

a$(x - 9)^2$b$(x - 20)^2$c$(3x - 7)^2$d$(4x - 3)^2$e$(6x - 0{,}4)^2$f$\left(\dfrac{x}{3} - 6\right)^2$

Ex. 10★★★Qui est a, qui est b ? — Pour chaque expression, écris le premier terme $a$ et le second terme $b$ de la différence, puis développe et réduis.

a$(8 - 3x)^2$b$(1 - 4y)^2$c$(3t - 2y)^2$d$(x^2 - 6)^2$

Ex. 11★★★Le cahier d'Inès — Inès a développé quatre carrés, mais chaque ligne contient une erreur. Pour chaque ligne, repère l'erreur puis écris le bon développement.

  1. a$(x - 7)^2 = x^2 - 14x - 49$
  2. b$(x - 10)^2 = x^2 - 100$
  3. c$(2x - 9)^2 = 2x^2 - 36x + 81$
  4. d$\left(\dfrac{x}{4} - 2\right)^2 = \dfrac{x^2}{16} - 4x + 4$

Ex. 12★★★Le test de Lucas — Lucas pense que, pour tout nombre $x$, $(x - 6)^2 = x^2 - 6x + 36$. Il teste son idée dans un tableau.

$x$$0$$1$$3$$-2$
$(x - 6)^2$    
$x^2 - 6x + 36$    

  1. aComplète le tableau.
  2. bLucas dit : « Pour $x = 0$, j'obtiens la même valeur, donc l'égalité est vraie pour tout $x$. » A-t-il raison ? Justifie.
  3. cDéveloppe $(x - 6)^2$ et explique l'erreur de Lucas.

Ex. 13★★★Vrai ou faux ? — Pour chaque égalité, dis si elle est vraie pour tout nombre $x$. Justifie : développe pour prouver, ou donne un contre-exemple pour réfuter.

  1. a$(4 - x)^2 = (x - 4)^2$
  2. b$(x - 1)^2 - (x - 12)^2 = 22x - 143$
  3. c$-(x - 3)^2 = (3 - x)^2$
  4. d$(0{,}3x - 2)^2 = 0{,}09x^2 - 0{,}6x + 4$

Ex. 14★★★Le programme du club de Vannes — Au club de maths de Vannes, on propose ce programme de calcul : « Choisis un nombre. Soustrais-lui $4$. Élève le résultat au carré. Ajoute $8$ fois le nombre de départ. »

  1. aApplique le programme au nombre $3$.
  2. bApplique le programme au nombre $-2$.
  3. cApplique le programme au nombre $0$. Compare tes trois résultats au carré du nombre choisi : quelle conjecture fais-tu ?
  4. dOn note $x$ le nombre de départ. Prouve ta conjecture en développant.
  5. eJade a écrit $(x - 4)^2 = x^2 - 16$. Quelle expression obtient-elle pour le programme ? Montre avec $x = 3$ que son calcul est faux.

Ex. 15★★★L'allée du jardin de Rodez — À Rodez, un jardin carré a pour côté $2x$ mètres, avec $x > 0{,}25$. On y plante une pelouse carrée de côté $(2x - 0{,}5)$ mètres. Le reste du jardin forme une allée.

  1. aExprime l'aire de la pelouse en fonction de $x$, sous forme développée et réduite.
  2. bExprime l'aire du jardin entier en fonction de $x$.
  3. cDéduis-en l'aire de l'allée en fonction de $x$, développée et réduite.
  4. dCalcule l'aire de l'allée pour $x = 5$ avec ton expression, puis vérifie avec les côtés du jardin et de la pelouse.
  5. ePour quelle valeur de $x$ l'allée a-t-elle une aire de $19{,}75$ m² ? Justifie.

Ex. 16★★★Deux expressions à la loupe — On considère $E = (7 - 3x)^2 - (-x - 3)^2$ et $F = \left(\frac{x}{2} - 4\right)^2$.

  1. aDans $(7 - 3x)^2$, écris qui est $a$ et qui est $b$, puis développe et réduis.
  2. bSacha dit : « $(-x - 3)^2$ et $(x + 3)^2$ ont le même développement. » A-t-il raison ? Justifie en développant $(-x - 3)^2$.
  3. cDéduis-en l'expression de $E$ développée et réduite.
  4. dDéveloppe et réduis $F$.
  5. eVérifie tes résultats : calcule $E$ pour $x = 1$ et $F$ pour $x = 10$, chacun de deux façons.
3.Développer (a + b)(a − b)
À retenir : $(a + b)(a - b) = a^2 - b^2$ : les deux termes du milieu s'annulent. $a$ garde le même signe dans les deux parenthèses : $(1 + x)(1 - x) = 1 - x^2$. Le carré porte sur tout le terme : $(3x)^2 = 9x^2$. À ne pas confondre avec $(a + b)^2$.

Ex. 17★★★Automatismes : développer en ligne — Développe chaque produit avec l'identité $(a + b)(a - b) = a^2 - b^2$.

a$(x + 15)(x - 15)$b$(t - 14)(t + 14)$c$(6x + 11)(6x - 11)$d$(9x - 2)(9x + 2)$e$(0{,}3x + 1)(0{,}3x - 1)$f$\left(\dfrac{2}{3}x - \dfrac{1}{2}\right)\left(\dfrac{2}{3}x + \dfrac{1}{2}\right)$g$(5a - 4b)(5a + 4b)$

Ex. 18★★★Automatismes : qui change de signe ? — Pour chaque produit, écris le terme qui garde le même signe dans les deux parenthèses (il joue le rôle de $a$) et celui qui change de signe (il joue le rôle de $b$). Développe ensuite.

a$(3 + x)(x - 3)$b$(3 + x)(3 - x)$c$(-x + 4)(x + 4)$d$(2y + 7)(7 - 2y)$e$(-5t + 1)(5t + 1)$f$(a + b)(b - a)$

Ex. 19★★★Compléter les pointillés — Complète les pointillés pour que chaque égalité soit vraie pour tout nombre.

  1. a$(x + \ldots)(x - \ldots) = x^2 - 2\,500$
  2. b$(\ldots + 5)(\ldots - 5) = 64x^2 - 25$
  3. c$(\ldots - 0{,}6)(\ldots + 0{,}6) = x^2 - 0{,}36$
  4. d$(\ldots + 3t)(\ldots - 3t) = 100 - 9t^2$
  5. e$(x + \ldots)(\ldots - x) = 4 - x^2$
  6. f$(7a + \ldots)(7a - \ldots) = 49a^2 - 9b^2$

Ex. 20★★★Les développements de Lina — Lina a développé ces produits. Pour chaque égalité : a-t-elle raison ? Justifie et corrige si besoin.

  1. aLina écrit : $(x + 9)(x - 9) = x^2 - 18$.
  2. bLina écrit : $(x - 30)(x + 30) = x^2 + 900$.
  3. cLina écrit : $(4x + 3)(4x - 3) = 4x^2 - 9$.
  4. dLina écrit : $(2x + 7)(2x + 7) = 4x^2 - 49$.
  5. eLina écrit : $(1 - 6y)(1 + 6y) = 1 - 36y^2$.

Ex. 21★★★Enchaîner et réduire — Développe puis réduis chaque expression.

  1. a$A = (2x - 1)(2x + 1)(4x^2 + 1)$
  2. b$B = (x + 6)(x - 6) - (x - 6)^2$
  3. c$C = 3(2x + 1)(2x - 1) - (x + 3)(x - 3)$
  4. d$D = (1{,}5x + 2)(1{,}5x - 2) - 2{,}25x^2$

Ex. 22★★★Tester, puis prouver ou réfuter — Yanis affirme que ces deux égalités sont vraies pour tout nombre $x$ : (1) $(6 + x)(x - 6) = 36 - x^2$ ; (2) $(-x + 10)(x + 10) = 100 - x^2$.

$x$$0$$1$$3$
$(6 + x)(x - 6)$   
$36 - x^2$   
$(-x + 10)(x + 10)$   
$100 - x^2$   

  1. aComplète le tableau.
  2. bL'égalité (1) est-elle vraie pour tout $x$ ? Justifie, puis écris la forme développée correcte de $(6 + x)(x - 6)$.
  3. cLe tableau suffit-il pour prouver l'égalité (2) ? Justifie, puis prouve-la en développant.
  4. dComplète : $(-x + 10)(\ldots) = x^2 - 100$. Justifie en nommant $a$ et $b$.

Ex. 23★★★Le programme de Chloé — Programme de Chloé : choisis un nombre ; calcule la somme de ce nombre et de $7$ ; calcule la différence de ce nombre et de $7$ ; multiplie ces deux résultats ; ajoute $49$.

  1. aApplique le programme au nombre $4$, puis au nombre $2{,}5$.
  2. bQuelle conjecture peux-tu faire sur le résultat obtenu ?
  3. cProuve ta conjecture pour un nombre $x$ quelconque.
  4. dThéo pense que le produit des deux résultats vaut $(x + 7)^2$. A-t-il raison ? Justifie avec $x = 1$.
  5. eLou remplace $7$ par $\frac{1}{3}$ dans les deux premiers calculs. Quel nombre doit-elle ajouter à la fin pour que son programme donne toujours le même résultat que celui de Chloé ?

Ex. 24★★★Les massifs du jardin de Rennes — Dans un jardin de Rennes, un massif carré a pour côté $3x$ mètres. Un massif rectangulaire a pour longueur $3x + 4$ et pour largeur $3x - 4$ (en mètres), avec $x > 2$.

  1. aCalcule l'aire de chaque massif pour $x = 3$.
  2. bSacha affirme que l'aire du rectangle vaut $3x^2 - 16$. A-t-il raison ? Justifie et corrige si besoin.
  3. cProuve que, pour tout $x > 2$, l'écart entre l'aire du carré et celle du rectangle est toujours le même. Donne cet écart.
  4. dUn autre massif rectangulaire mesure $3x + \ldots$ sur $3x - \ldots$ et son aire vaut $9x^2 - 1{,}44$. Complète les pointillés et justifie.
4.Reconnaître une identité et factoriser avec
À retenir : $a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)$ : deux carrés séparés par un moins, ainsi $16x^2 - 1 = (4x + 1)(4x - 1)$. Facteur commun d'abord, parenthèse en bloc. $x^2 + 4$ ne se factorise pas et $x^2 - 4 \neq (x - 2)^2$. $x^2 + 6x + 9 = (x + 3)^2$ car $6x = 2 \times x \times 3$.

Ex. 25★★★Automatismes : factoriser une différence de deux carrés — Écris chaque terme comme un carré, puis factorise avec $a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)$.

a$x^2 - 81$b$100 - x^2$c$25x^2 - 4$d$x^2 - 0{,}25$e$x^2 - \dfrac{1}{9}$f$49a^2 - b^2$g$64 - 9t^2$

Ex. 26★★★Automatismes : reconnaître un carré développé — Écris chaque expression sous la forme $(a + b)^2$ ou $(a - b)^2$ quand c'est possible. Sinon, explique pourquoi.

a$x^2 - 18x + 81$b$x^2 + 20x + 100$c$4x^2 + 12x + 9$d$x^2 + 10x + 16$e$16x^2 - 40x + 25$f$9 - 6y + y^2$

Ex. 27★★★Factoriser au maximum — Factorise au maximum chaque expression. Mets d'abord le facteur commun en facteur, s'il y en a un.

  1. a$3x^2 - 48$
  2. b$50 - 2x^2$
  3. c$(x - 2)^2 - 25$
  4. d$(3x - 1)^2 - (x + 2)^2$
  5. eVérifie ta réponse à la question c) : développe-la, puis développe $(x - 2)^2 - 25$, et compare.

Ex. 28★★★Les factorisations de Yanis — Yanis a écrit ces cinq factorisations, et elles sont toutes fausses. Pour chacune, explique son erreur, puis écris la bonne factorisation quand elle existe.

  1. a$x^2 - 64 = (x - 8)^2$ : montre avec $x = 0$ que c'est faux.
  2. b$x^2 + 49 = (x + 7)(x - 7)$
  3. c$81y^2 - 4 = (81y + 2)(81y - 2)$
  4. d$(x + 5)^2 - 16 = (x + 5 + 4)(x - 5 - 4)$
  5. e$(2x + 3)^2 - (x - 1)^2 = (3x + 2)(x + 2)$

Ex. 29★★★Choisir la bonne identité — Pour chaque expression, dis si c'est une différence de deux carrés, un carré développé ou aucun des deux. Factorise-la quand c'est possible.

a$t^2 - 12t + 36$b$4x^2 + 1$c$\dfrac{x^2}{4} - 9$d$25x^2 + 30x + 9$e$x^2 + 6x - 9$

Ex. 30★★★Le pari de Maëlle — Maëlle pense que, pour tout nombre $x$, $x^2 - 100 = (x - 10)^2$. Inès pense que, pour tout nombre $x$, $x^2 - 100 = (x + 10)(x - 10)$.

$x$$10$$0$$3$
$x^2 - 100$   
$(x - 10)^2$   
$(x + 10)(x - 10)$   

  1. aComplète le tableau.
  2. bMaëlle dit : « Pour $x = 10$, les deux premières expressions sont égales, donc j'ai raison. » A-t-elle raison ? Justifie.
  3. cProuve que l'égalité d'Inès est vraie pour tout nombre $x$ en développant.
  4. dUtilise l'égalité d'Inès avec $x = 100$ pour calculer $110 \times 90$ sans calculatrice.
  5. eLéo affirme : « Les expressions $x^2 - 100$ et $(x - 10)^2$ ne prennent jamais la même valeur. » A-t-il raison ? Justifie.

Ex. 31★★★Le programme de Noé — Noé propose ce programme : je choisis un nombre. Je calcule son triple, j'ajoute $4$ et j'élève au carré : j'obtiens $A$. Je retranche $2$ au nombre de départ et j'élève au carré : j'obtiens $B$. Le programme affiche $A - B$.

  1. aMontre que, si on choisit $1$, le programme affiche $48$.
  2. bPour le nombre $x$, écris $A$ et $B$ en fonction de $x$, puis factorise $A - B$ avec $a^2 - b^2$.
  3. cFactorise $A - B$ au maximum.
  4. dUtilise ta forme factorisée pour retrouver le résultat de la question a).
  5. eExplique pourquoi le programme affiche toujours un multiple de $4$ quand on choisit un nombre entier.

Ex. 32★★★Le terrain de Dinan — À Dinan, un terrain carré a une aire de $x^2 - 24x + 144$ m², avec $x > 20$. On y creuse un bassin carré de $6$ m de côté.

  1. aMontre que le côté du terrain mesure $x - 12$ mètres.
  2. bExprime l'aire restante du terrain, puis factorise-la.
  3. cVérifie ta factorisation en développant.
  4. dPour $x = 30$, calcule de tête l'aire restante avec la forme factorisée.
  5. eHugo affirme que son terrain carré a une aire de $x^2 + 14x + 25$ m². Cette expression est-elle le carré d'une somme ? Justifie.
5.Calcul mental et preuves avec les identités remarquables
À retenir : Calcul mental : j'écris nombre rond ± petit nombre, sans oublier le double produit : $101^2 = 10\,000 + 200 + 1$. « Pour tout $x$ » : je développe les deux membres. Égalité fausse : un contre-exemple suffit ; un essai qui marche ne prouve rien.

Ex. 33★★★Automatismes : des carrés de tête — Calcule de tête en écrivant d'abord le découpage autour d'un nombre rond, puis l'identité remarquable.

a$102^2$b$59^2$c$2{,}1^2$d$98^2$e$71^2$f$7{,}9^2$

Ex. 34★★★Automatismes : produits et différences de carrés — Calcule de tête en écrivant le découpage, puis l'identité remarquable utilisée.

  1. a$47 \times 53$
  2. b$9{,}9 \times 10{,}1$
  3. c$68^2 - 32^2$
  4. dComplète : $104 \times 96 = (\ldots + \ldots)(\ldots - \ldots) = \ldots^2 - \ldots^2 = \ldots$
  5. e$91^2 - 9^2$

Ex. 35★★★Tester, puis prouver ou réfuter — On considère deux égalités : (1) $(x + 6)(x - 2) = (x + 2)^2 - 16$ et (2) $(x + 1)^2 - 3 = x^2 + 3x - 2$.

  1. aPour l'égalité (2), complète le tableau en calculant chaque membre séparément :
    $x$$0$$1$$-2$
    $(x + 1)^2 - 3$   
    $x^2 + 3x - 2$   
  2. bTom affirme : « Pour $x = 0$, les deux membres de (2) sont égaux, donc l'égalité (2) est vraie pour tout $x$. » A-t-il raison ? Justifie.
  3. cProuve que l'égalité (1) est vraie pour tout $x$.

Ex. 36★★★Des entiers bien encadrés — Dans cet exercice, $n$ désigne un nombre entier.

  1. aSans calculer les deux nombres, compare $2\,024 \times 2\,028$ et $2\,026^2$. Justifie avec une identité remarquable.
  2. bCalcule $14 \times 16$ et $15^2$, puis $29 \times 31$ et $30^2$. Que remarques-tu ?
  3. cProuve ta remarque pour tout entier $n$, en développant $(n - 1)(n + 1)$.
  4. dDéduis-en, sans calculatrice, la valeur de $3\,000^2 - 2\,999 \times 3\,001$.

Ex. 37★★★Les deux programmes de Lina — Programme A : « Choisis un nombre. Multiplie ce nombre augmenté de $4$ par ce nombre diminué de $4$. Soustrais le carré du nombre choisi. » Programme B : « Choisis un nombre. Calcule le carré de ce nombre augmenté de $7$. Soustrais le carré de ce nombre diminué de $7$. »

  1. aTeste le programme A avec $10$, puis avec $-3$.
  2. bProuve que le programme A donne toujours le même résultat, quel que soit le nombre choisi.
  3. cSami écrit pour le programme B : $(x + 7)^2 - (x - 7)^2 = x^2 + 14x + 49 - x^2 - 14x + 49 = 98$. Trouve son erreur et corrige son calcul.
  4. dQuel nombre faut-il choisir pour obtenir $700$ avec le programme B ?

Ex. 38★★★Le concours de calcul mental de Malik — Au concours de calcul mental de son collège, à Lille, Malik doit calculer sans calculatrice et justifier chaque découpage par une identité remarquable.

  1. aMalik écrit : $89^2 = 90^2 - 1^2 = 8\,099$. Explique son erreur, puis calcule $89^2$ correctement en écrivant le découpage.
  2. bMalik affirme : « $19{,}8 \times 20{,}2$ est plus petit que $400$. » Vrai ou faux ? Justifie par un calcul avec une identité remarquable.
  3. cMalik affirme : « $73^2 - 27^2 = 46^2$, car $73 - 27 = 46$. » Vrai ou faux ? Justifie en calculant $73^2 - 27^2$ avec une différence de deux carrés.

Ex. 39★★★Deux impairs qui se suivent — À Rennes, Yanis multiplie deux nombres impairs consécutifs, puis ajoute $1$ au résultat. Dans cet exercice, $n$ désigne un nombre entier.

  1. aEffectue le calcul de Yanis avec $5$ et $7$, puis avec $11$ et $13$. Que remarques-tu ?
  2. bYanis affirme : « J'ai testé deux fois et ça marche, donc c'est toujours vrai. » A-t-il raison ? Justifie.
  3. cExplique pourquoi $2n + 1$ et $2n + 3$ sont deux nombres impairs consécutifs, puis développe et réduis $(2n + 1)(2n + 3) + 1$.
  4. dDémontre ta remarque de la première question en écrivant le résultat comme le carré d'une expression en $n$.
  5. eDéduis-en le produit $23 \times 25$ sans poser la multiplication.

Ex. 40★★★Le programme d'Inès — À Toulouse, Inès propose ce programme : « Choisis un nombre entier. Ajoute-lui $6$, puis élève le résultat au carré. Soustrais le carré du nombre choisi, puis soustrais $36$. »

  1. aTeste le programme avec $2$, puis avec $5$.
  2. bSon ami Hugo affirme : « Le résultat est toujours un multiple de $24$. » Vrai ou faux ? Justifie.
  3. cOn note $n$ le nombre choisi. Écris le résultat du programme avec $n$, puis développe et réduis.
  4. dProuve que le résultat est toujours un multiple de $12$, puis explique pourquoi on ne peut jamais obtenir $100$.
  5. eQuel entier faut-il choisir pour obtenir $-60$ ? Vérifie avec le programme.
6.Pièges : signe devant, ordre inversé, x⁴, expressions combinées
À retenir : Un nombre ou un signe − devant un carré s'applique APRÈS le développement : $-(x - 2)^2 = -(x^2 - 4x + 4) = -x^2 + 4x - 4$. Ordre inversé : $(-x + 3)^2 = (3 - x)^2$. Rappel : $(2x)^2 = 4x^2$ et $(x^2)^2 = x^4$.

Ex. 41★★★Automatismes : un nombre ou un signe devant — Développe d'abord l'identité entre parenthèses, puis multiplie par le nombre ou change tous les signes. Réduis.

a$4(x + 3)^2$b$-(x - 9)^2$c$3(2x - 1)^2$d$0{,}5(x + 6)^2$e$-(4 + x)(4 - x)$f$\dfrac{1}{3}(x + 9)^2$

Ex. 42★★★Automatismes : ordre inversé, termes négatifs et x⁴ — Nomme $a$ et $b$, puis développe et réduis.

a$(-4x + 3)^2$b$(x^2 - 4)^2$c$(x^2 + 6)(x^2 - 6)$d$(-x - 0{,}4)^2$e$(3 + 2t)(2t - 3)$f$(-y + 7)(y + 7)$g$(2m^2 + 1)^2$

Ex. 43★★★Expressions combinées — Développe et réduis chaque expression. Garde des parenthèses autour de chaque développement avant de supprimer le signe −.

  1. a$A = (x + 7)^2 - (x - 7)^2$
  2. b$B = (x - 10)^2 - (x + 10)(x - 10)$
  3. c$C = (2x - 7)^2 + (2x + 7)(2x - 7)$
  4. d$D = (x^2 + 2)^2 - (x^2 + 3)(x^2 - 3)$

Ex. 44★★★Les trois lignes d'Inès — Inès développe $A = 2(x - 3)^2 - (x + 1)^2$.
Ligne 1 : $A = (2x - 6)^2 - (x^2 + 2x + 1)$
Ligne 2 : $A = 4x^2 - 24x + 36 - x^2 + 2x + 1$
Ligne 3 : $A = 3x^2 - 22x + 37$

  1. aQuelle erreur Inès fait-elle à la ligne 1 ? Explique.
  2. bQuelle erreur fait-elle à la ligne 2 ? Explique.
  3. cDéveloppe et réduis $A$ correctement.
  4. dCalcule $A$ pour $x = 1$ à partir de l'expression de départ. Ton résultat est-il confirmé ? Et celui d'Inès ?

Ex. 45★★★Carrés et cadre photo — Les longueurs sont en cm et $x$ est un nombre positif.

  1. aDans un carré de côté $x + 4$, Malo découpe un carré de côté $4$. Exprime l'aire restante en fonction de $x$, développée et réduite.
  2. bUne photo carrée de côté $x$ est entourée d'un cadre de $1{,}5$ cm de large. Exprime l'aire du cadre seul, développée et réduite.
  3. cCalcule l'aire du cadre de la question précédente pour $x = 10$.

Ex. 46★★★Le vrai ou faux d'Élise — Élise, élève de 3ᵉ à Lorient, a écrit cinq affirmations. Pour chacune, réponds par vrai ou faux et justifie : développe pour prouver, ou donne un contre-exemple.

  1. aPour tout $x$, $5(x + 1)^2 = (5x + 5)^2$.
  2. bPour tout $x$, $-(x - 6)^2 = -x^2 + 12x - 36$.
  3. cPour tout $x$, $(-6x + 1)^2 = 36x^2 + 12x + 1$.
  4. dPour tout $x$, $(x^2 + 8)(x^2 - 8) = x^4 - 64$.
  5. ePour tout $x$, $(3x)^2 - (3x - 1)(3x + 1) = 1$.

Ex. 47★★★La conjecture de Lina — On pose $E = (x + 6)^2 - (x + 6)(x - 6)$. Lina calcule $E$ pour quelques valeurs de $x$.

$x$$0$$1$$-2$
$E$   
$12x + 72$   

  1. aComplète le tableau. Que remarques-tu ?
  2. bHugo écrit : « $E = x^2 + 36 - x^2 - 36 = 0$ ». Le tableau montre qu'il a tort. Trouve ses deux erreurs.
  3. cProuve que, pour tout $x$, $E = 12x + 72$.
  4. dDéduis-en, sans calculatrice, la valeur de $106^2 - 106 \times 94$. Explique ton choix de $x$.

Ex. 48★★★Le cadre de Soline — Les longueurs sont en dm et $x > 1{,}5$. Le tableau de Soline, à Colmar, est un carré de côté $2x - 3$. Avec son cadre, l'ensemble forme un carré de côté $2x + 3$.

  1. aExprime l'aire du grand carré sous forme développée et réduite.
  2. bMontre que l'aire du cadre est égale à $24x$.
  3. cEthan calcule l'aire du cadre avec $2 \times 3(2x + 3) + 2 \times 3(2x - 3)$. A-t-il raison ? Justifie.
  4. dSoline affirme : « Si on double $x$, l'aire du cadre double aussi. » Vrai ou faux ? Justifie.
  5. eLe cadre a une aire de $1{,}2$ m², soit $120$ dm². Calcule $x$, puis le côté du tableau.