Version élève → Mathématiques · Lycée général · 2de · Seconde

Séquence 3 · Nombres réels : intervalles, valeur absolue et nombres irrationnels

La calculatrice affiche 1,414213562 pour √2 : est-ce la valeur exacte ? Comment décrire précisément un ensemble de nombres, une marge d'erreur, une tolérance ?

Bonjour !

Dans cette séquence de mathématiques, tu vas chercher à répondre à la grande question écrite en haut de la page. Elle se fait en 2 séances. Pour chaque séance : lis la consigne, étudie les documents, réponds aux questions sur ta feuille ou sur l'ENT, puis recopie l'essentiel dans ton cahier. Tu peux imprimer cette page avec le bouton « Imprimer ».

À la fin, je serai capable de :

Les mots importants

nombre entier, décimal, rationnel, réelnombre irrationnel (√2, π)intervalle, borne, crochetvaleur absolue, distance entre deux réelsencadrement, amplitude, arrondi

Ressources de la séquence

Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.

Les notions à maîtriser

Nombre rationnel
Nombre qui peut s'écrire p/q avec p entier relatif et q entier non nul ; ensemble ℚ.
Nombre irrationnel
Réel qui n'est pas rationnel, comme √2 ou π.
Intervalle
Ensemble des réels compris entre deux bornes, incluses ou exclues : [a ; b], ]a ; b[, [a ; +∞[…
Valeur absolue
|a| est la distance de a à 0 ; |x − a| est la distance entre x et a.
Encadrement
Deux décimaux d et d' tels que d ≤ x ≤ d' ; d' − d est l'amplitude.
Chiffres significatifs
Chiffres d'un nombre à partir du premier chiffre non nul, qui traduisent sa précision.

Repères

DateÉvénement
Ve siècle av. J.‑C.Les pythagoriciens découvrent qu'on ne peut pas exprimer la diagonale du carré comme rapport d'entiers à son côté.
vers 300 av. J.‑C.Euclide traite des grandeurs incommensurables au livre X des Éléments.
1585Simon Stevin publie La Disme et popularise les fractions décimales.
1872Dedekind et Cantor proposent des constructions rigoureuses des nombres réels.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Mon parcours : je choisis mon rythme

Séance 1 · Ensembles de nombres et nombres irrationnels

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

La calculatrice donne‑t‑elle la valeur exacte de √2 ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Des entiers aux réels

On emboîte les ensembles : ℕ (entiers naturels) ⊂ ℤ (entiers relatifs) ⊂ 𝔻 (décimaux, de la forme a/10ⁿ) ⊂ ℚ (rationnels, de la forme p/q) ⊂ ℝ (réels, abscisses des points d'une droite graduée). Un réel qui n'est pas rationnel est irrationnel : √2, √3, π. 1/3 est rationnel mais non décimal : 3 × 1/3 = 1, alors qu'un décimal multiplié par 3 ne peut pas donner exactement 1 avec une écriture finie de 0,333… La calculatrice ne manipule que des valeurs approchées : 1,414213562² = 1,99999999979…, pas 2. Raisonnement par l'absurde : pour démontrer une propriété, on suppose son contraire et on aboutit à une contradiction.

Document 1 · Le carré de surface 2

Situation-problème.

Un artisan veut découper un carré de 2 m² dans une plaque. La calculatrice indique que le côté mesure 1,414213562 m. Un élève affirme : « C'est la valeur exacte, puisque la calculatrice l'affiche. »

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Vérifiez à la main et à la calculatrice.

  1. Calculez 1,4² et 1,5². Que peut‑on dire de √2 ?
  2. Calculez 1,414213562² en posant ou avec un logiciel de calcul exact. Est‑ce exactement 2 ?
  3. Rangez dans le plus petit ensemble : 3 ; −2 ; 0,25 ; 2/3 ; π.

Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés

Activité 2 · Raisonner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Préparez la démonstration de l'irrationalité de √2.

  1. Montrez que le carré d'un nombre impair 2k + 1 est impair.
  2. En déduire : si p² est pair, alors p est pair.
  3. Si p = 2k et p² = 2q², que dire de q ?

Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats

Activité 3 · Démontrer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez en 8 à 10 lignes la démonstration complète : √2 n'est pas rationnel. Pour bien commencer : Supposons que √2 = p/q, fraction irréductible… · En élevant au carré, on obtient… · Ceci est absurde car…

Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

absurdeapprochéecontradictionirrationnel

Un réel qui ne s'écrit pas p/q est dit ___________. √2 est irrationnel : la calculatrice n'en donne qu'une valeur _________. Pour démontrer par l'_______, on suppose le contraire et on aboutit à une _____________.

Séance 2 · Intervalles, valeur absolue et encadrements

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

Comment traduire « 25 mm à 0,2 mm près » ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Intervalles et distances

L'ensemble des réels x tels que a ≤ x ≤ b est l'intervalle [a ; b] ; le crochet tourné vers l'extérieur exclut la borne : ]a ; b[, [a ; +∞[ (l'infini est toujours exclu). Sur une droite graduée, on hachure ou on colore la partie concernée. La valeur absolue |a| est la distance de a à 0 : |−3| = 3. La distance entre x et a est |x − a|. Ainsi |x − a| ≤ r signifie que x est à une distance au plus r de a : x ∈ [a − r ; a + r], intervalle de centre a et de rayon r. Un encadrement de √2 d'amplitude 10⁻² est 1,41 ≤ √2 ≤ 1,42 ; on l'obtient par balayage : on teste 1,40², 1,41², 1,42²…

Document 1 · Contrôle qualité

Situation-problème.

Un atelier fabrique des axes de 25 mm de diamètre. Le cahier des charges impose une tolérance de 0,2 mm. Le contrôleur a mesuré quatre axes : 24,75 mm ; 24,9 mm ; 25,2 mm ; 25,23 mm.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Traduisez la tolérance.

  1. Écrivez la condition sur le diamètre x avec une valeur absolue.
  2. Écrivez l'intervalle correspondant et représentez‑le.
  3. Quels axes sont conformes ?

Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Résolvez.

  1. Écrivez sous forme d'intervalle : −1 < x ≤ 4 ; x ≥ 3.
  2. Résolvez |x − 2| ≤ 5.
  3. Par balayage au centième, encadrez √5.

Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats

Activité 3 · Programmer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Complétez et expliquez une fonction Python qui encadre √2 par balayage : def encadre(n) : x prend la valeur 1 et pas la valeur 10⁻ⁿ ; tant que (x + pas)² ≤ 2, x augmente de pas ; la fonction renvoie x et x + pas. Rédigez 6 lignes d'explication. Pour bien commencer : Le programme part de… · À chaque tour de boucle… · Il s'arrête quand…

Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

amplitudecentrerayonvaleur absolue

|x − a| ≤ r signifie que x appartient à l'intervalle de ______ a et de ______ r. La ______________ de x − a est la distance entre x et a. Un encadrement de √2 d'_________ 0,01 est 1,41 ≤ √2 ≤ 1,42.

Fiche à trous · je complète

Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).

distanceexcluirrationnelsrationnel

Un nombre _________ peut s'écrire comme quotient de deux entiers.

√2 et π sont des nombres ____________.

Dans un intervalle, l'infini est toujours ______.

|x − a| est la ________ entre x et a sur la droite graduée.

Ce que j'ai appris

Les 3 idées que je retiens :
Une méthode ou une formule que je veux retenir :
Ce qui reste difficile pour moi / ma question pour le professeur :