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 :
- Prolonger une suite géométrique par une fonction exponentielle x ↦ qˣ et utiliser ses propriétés
- Définir le logarithme décimal comme solution de 10ˣ = b et utiliser ses propriétés
- Résoudre qˣ = a et qˣ ≥ a, et interpréter pH et décibels
Les mots importants
Ressources de la séquence
Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.
Les notions à maîtriser
- Fonction exponentielle de base q
- x ↦ qˣ (q > 0, q ≠ 1) : prolongement aux réels de la suite géométrique 1, q, q², … ; croissante si q > 1, décroissante si q < 1.
- Propriétés opératoires
- qᵃ⁺ᵇ = qᵃ × qᵇ ; (qᵃ)ᵇ = qᵃᵇ.
- Logarithme décimal
- Pour b > 0, log(b) est l'unique solution de 10ˣ = b ; log(10ˣ) = x ; log 1 = 0 ; log 10 = 1.
- Propriétés du logarithme
- log(ab) = log a + log b ; log(a/b) = log a − log b ; log(aⁿ) = n log a ; la fonction log est croissante.
- Résoudre qˣ = a
- x = log a / log q (calcul), ou graphiquement, ou par balayage.
- pH et décibels
- pH = −log[H3O+] ; L = 10 log(I/I₀) : des échelles logarithmiques pour des grandeurs qui varient sur plusieurs puissances de 10.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| 1614 | Napier, Mirifici logarithmorum canonis descriptio. |
| 1624 | Briggs, Arithmetica logarithmica : tables décimales. |
| 1909 | Sørensen définit le pH. |
| années 1920 | Les laboratoires Bell introduisent le bel et le décibel. |
Pour aller plus loin
- Lire · programmes de mathématiques de la voie professionnelle (éduscol).
- Santé au travail · article R. 4431-2 du Code du travail (Code du travail numérique).
- Explorer · calculatrice graphique GeoGebra.
Sources et bibliographie
- Jean Dieudonné (dir.), Abrégé d'histoire des mathématiques, Hermann, 1978.
- INRS, dossier « Bruit » (inrs.fr).
- Denis Guedj, Le Théorème du perroquet, Seuil, 1998.
Mon parcours : je choisis mon rythme
- Pour les élèves qui ont besoin de plus de temps : énoncé découpé en petites questions, rappel de cours en marge, calculatrice ou tableur autorisés pendant l'entraînement, correction pas à pas en vidéo ou en classe virtuelle.
- Pour les élèves qui avancent vite : question d'approfondissement (démonstration, généralisation, programme Python à écrire), problème ouvert à rédiger et à présenter à l'oral.
Séance 1 · De la suite géométrique à la fonction exponentielle : la croissance bactérienne
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Au bout de combien de temps une culture de bactéries atteint-elle 10 000 individus ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 12 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 18 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · Fonctions exponentielles
Si une population double chaque heure, ses valeurs aux heures entières forment une suite géométrique de raison 2. La fonction exponentielle de base q (q > 0, q ≠ 1), x ↦ qˣ, prolonge cette suite à tous les réels positifs : elle donne la valeur au bout de 1,5 h, par exemple. Elle est croissante si q > 1, décroissante si 0 < q < 1. Propriétés (admises après conjecture) : qᵃ⁺ᵇ = qᵃ × qᵇ. Pour résoudre qˣ = a, on lit la courbe, on fait un balayage, ou on calcule x = log a / log q (séance 2).
Document 1 · Une culture de bactéries en laboratoire
Situation professionnelle (laboratoire, agroalimentaire).
Une culture contient 1 000 bactéries à l'instant t = 0 ; leur nombre double toutes les heures, dans des conditions idéales. On modélise par N(t) = 1 000 × 2ᵗ (t en heures).
Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).
Activité 1 · S'approprier
12 minSupports : Document 1
Lien avec les suites.
- N(1), N(2), N(3) ?
- Quelle suite reconnaissez-vous ?
- N(1,5) ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Calculs
Activité 2 · Réaliser
18 minSupports : Document 1, cours
Tracez N dans GeoGebra de 0 à 5.
- Sens de variation ?
- Résolvez 2ᵗ = 8.
- Par balayage, quand atteint-on 10 000 bactéries ?
Ce qui est attendu (7 pts) : Graphique et résolution
Activité 3 · Valider
15 minSupports : Documents et cours
Le modèle prévoit environ 17 milliards de bactéries en 24 heures (1 000 × 2²⁴ ≈ 1,7 × 10¹⁰). Expliquez en 5 à 8 lignes pourquoi ce modèle ne peut pas rester valable longtemps. Pour bien commencer : Le modèle suppose que la population double… · En réalité, la nourriture et l'espace… · Le modèle n'est donc valable que…
Ce qui est attendu (7 pts) : Validation · Communication
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
La fonction x ↦ qˣ prolonge la suite ___________ de raison q. Si q > 1, elle est __________. On résout qˣ = a graphiquement, par ________ ou par le calcul.
Séance 2 · Le logarithme décimal : pH et décibels
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Pourquoi le pH et les décibels utilisent-ils une échelle logarithmique ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 15 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · Logarithme décimal
La fonction x ↦ 10ˣ est croissante et prend toutes les valeurs strictement positives. Pour b > 0, le logarithme décimal de b, noté log(b), est l'unique solution de l'équation 10ˣ = b. Donc log(10ˣ) = x : log 1000 = 3, log 0,01 = −2. Propriétés : log(ab) = log a + log b, log(aⁿ) = n log a. Elles permettent de résoudre qˣ = a : x log q = log a. En chimie, pH = −log[H3O+] ; en acoustique, L = 10 log(I/I₀) en décibels. Une multiplication de la grandeur devient une addition sur l'échelle.
Document 1 · Bruit et acidité au travail
Données scientifiques et réglementaires.
pH = −log[H3O+], avec [H3O+] en mol/L. Niveau sonore : L = 10 log(I/I₀), avec I₀ = 10⁻¹² W/m². Au travail, une exposition quotidienne de 80 dB(A) déclenche des premières mesures de prévention, 85 dB(A) impose un programme de réduction du bruit et le port des protections, 87 dB(A) est la valeur limite.
Source : Formules du programme de physique-chimie ; seuils : article R. 4431-2 du Code du travail.
https://code.travail.gouv.fr/code-du-travail/r4431-2
Activité 1 · Réaliser
15 minSupports : Document 1, cours
Calculez des pH.
- pH si [H3O+] = 10⁻³ ?
- pH si [H3O+] = 2,5 × 10⁻⁴ ?
- [H3O+] si pH = 2,5 ?
Ce qui est attendu (7 pts) : Calculs de pH
Activité 2 · Analyser, raisonner
15 minSupports : Document 1, cours
Étudiez les décibels.
- Si l'intensité est multipliée par 2, de combien augmente L ?
- Si elle est multipliée par 10 ?
- Pourquoi une échelle logarithmique ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Raisonnement
Activité 3 · Communiquer
15 minSupports : Documents et cours
Un atelier mesure 82 dB(A). Un salarié propose d'ajouter une seconde machine identique « puisque ça ne fera que 84 dB ». Répondez-lui en 6 à 8 lignes avec un calcul et la réglementation. Pour bien commencer : Doubler l'intensité sonore ajoute environ… dB · Avec deux machines, le niveau devient… · La réglementation impose…
Ce qui est attendu (7 pts) : Argumentation · Communication
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
log(b) est la solution de 10ˣ = ______. Le logarithme transforme un produit en ______. Doubler l'intensité sonore ajoute environ ______ décibels.
Fiche à trous · je complète
Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).
Une fonction exponentielle de base q > 1 est __________.
log(b) est l'unique solution de l'équation 10ˣ = ______.
Le logarithme transforme un produit en ______ : log(ab) = log a + log b.
Doubler l'intensité sonore ajoute environ ______ décibels.
Ce que j'ai appris
- Prolonger une suite géométrique par une fonction exponentielle x ↦ qˣ et utiliser ses propriétés
- Définir le logarithme décimal comme solution de 10ˣ = b et utiliser ses propriétés
- Résoudre qˣ = a et qˣ ≥ a, et interpréter pH et décibels