Les Puissances

جدول المحتويات
    Les Puissances

    Les Puissances

    Calculs et propriétés des puissances
    Nombres entiers, relatifs et notation scientifique

    1 Définition

    Soit \(a\) un nombre et \(n\) un entier positif non nul.
    La puissance n-ième de \(a\) est le produit de \(n\) facteurs égaux à \(a\).
    \(a^n = \underbrace{a \times a \times \dots \times a}_{n \text{ facteurs}}\)
    Vocabulaire :
    • \(a^n\) se lit « \(a\) puissance \(n\) » ou « \(a\) exposant \(n\) »
    • \(a\) est la base
    • \(n\) est l'exposant
    Exemples :
    \(2^4 = 2 \times 2 \times 2 \times 2 = 16\)
    \(5^3 = 5 \times 5 \times 5 = 125\)
    \((-3)^2 = (-3) \times (-3) = 9\)
    Cas particuliers :
    • \(a^1 = a\)
    • \(a^2\) se lit « \(a\) au carré »
    • \(a^3\) se lit « \(a\) au cube »

    2 Signe d'une puissance

    Puissance d'un nombre positif

    Si \(a > 0\), alors \(a^n > 0\) pour tout entier \(n\).
    Un nombre positif élevé à une puissance quelconque est toujours positif.

    Puissance d'un nombre négatif

    Si \(a < 0\) :
    • Si \(n\) est pair, alors \(a^n > 0\) (résultat positif)
    • Si \(n\) est impair, alors \(a^n < 0\) (résultat négatif)
    Calcul Exposant Résultat Signe
    \((-2)^4\) 4 (pair) \(+16\) Positif
    \((-2)^3\) 3 (impair) \(-8\) Négatif
    \((-3)^2\) 2 (pair) \(+9\) Positif
    \((-3)^5\) 5 (impair) \(-243\) Négatif
    Attention : Ne pas confondre \((-a)^n\) et \(-a^n\) !
    • \((-3)^2 = (-3) \times (-3) = 9\) (la base est \(-3\))
    • \(-3^2 = -(3 \times 3) = -9\) (on élève 3 au carré, puis on prend l'opposé)

    3 Règles de calcul

    Produit de puissances de même base

    \(a^n \times a^m = a^{n+m}\)
    Exemple : \(2^3 \times 2^5 = 2^{3+5} = 2^8 = 256\)
    On conserve la base et on additionne les exposants.

    Quotient de puissances de même base

    \(\frac{a^n}{a^m} = a^{n-m}\) (avec \(a \neq 0\))
    Exemple : \(\frac{5^7}{5^4} = 5^{7-4} = 5^3 = 125\)
    On conserve la base et on soustrait les exposants.

    Puissance d'une puissance

    \((a^n)^m = a^{n \times m}\)
    Exemple : \((2^3)^4 = 2^{3 \times 4} = 2^{12} = 4096\)
    On conserve la base et on multiplie les exposants.

    Produit de puissances de même exposant

    \(a^n \times b^n = (a \times b)^n\)
    Exemple : \(2^3 \times 5^3 = (2 \times 5)^3 = 10^3 = 1000\)

    Quotient de puissances de même exposant

    \(\frac{a^n}{b^n} = \left(\frac{a}{b}\right)^n\) (avec \(b \neq 0\))
    Exemple : \(\frac{6^4}{3^4} = \left(\frac{6}{3}\right)^4 = 2^4 = 16\)

    4 Exposants particuliers

    Puissance d'exposant 0

    Pour tout nombre \(a\) non nul : \(a^0 = 1\)
    Exemples : \(5^0 = 1\), \((-3)^0 = 1\), \(\left(\frac{2}{3}\right)^0 = 1\)
    Par convention, \(0^0\) n'est pas défini.

    Puissance d'exposant négatif

    \(a^{-n} = \frac{1}{a^n}\) (avec \(a \neq 0\))
    Une puissance d'exposant négatif est égale à l'inverse de la puissance d'exposant positif.
    Exemples :
    \(2^{-3} = \frac{1}{2^3} = \frac{1}{8}\)
    \(10^{-2} = \frac{1}{100} = 0,01\)
    \(\left(\frac{3}{4}\right)^{-1} = \frac{4}{3}\) (l'inverse de \(\frac{3}{4}\))

    5 Notation scientifique

    La notation scientifique d'un nombre décimal est son écriture sous la forme :
    \(a \times 10^n\)
    où \(1 \leq a < 10\) et \(n\) est un entier relatif.
    Pour écrire en notation scientifique :
    1. Placer la virgule pour obtenir un nombre entre 1 et 10
    2. Compter le nombre de déplacements de la virgule pour trouver \(n\)
    3. Déplacement vers la gauche → \(n\) positif
    4. Déplacement vers la droite → \(n\) négatif
    Nombre Notation scientifique Décomposition
    \(3400\) \(3,4 \times 10^3\) \(3,4 \times 1000\)
    \(0,0056\) \(5,6 \times 10^{-3}\) \(5,6 \times 0,001\)
    \(125 000 000\) \(1,25 \times 10^8\) \(1,25 \times 100 000 000\)
    \(0,0000012\) \(1,2 \times 10^{-6}\) \(1,2 \times 0,000001\)

    Opérations en notation scientifique

    Multiplication :
    \((3 \times 10^4) \times (2 \times 10^5) = (3 \times 2) \times 10^{4+5} = 6 \times 10^9\)
    Division :
    \(\frac{8 \times 10^7}{4 \times 10^3} = \frac{8}{4} \times 10^{7-3} = 2 \times 10^4\)

    6 Comparaison de puissances

    Puissances de 10

    Si \(n < m\), alors \(10^n < 10^m\)

    \(10^3 < 10^5\) car \(1000 < 100000\)
    \(10^{-2} > 10^{-4}\) car \(0,01 > 0,0001\)

    Même base > 1

    Si \(a > 1\) et \(n < m\), alors \(a^n < a^m\)

    \(2^3 < 2^5\) car \(8 < 32\)
    La fonction est croissante.
    Attention : Si \(0 < a < 1\), l'ordre est inversé !
    Exemple : \(\left(\frac{1}{2}\right)^3 > \left(\frac{1}{2}\right)^5\) car \(\frac{1}{8} > \frac{1}{32}\)

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