Un descriptif complet des méthodes de résolution d'équations du second degré avec démonstrations, au niveau de la classe de Première.
1- Résolution
Dans cette section, on illustre sur un exemple la résolution d’une équation du second degré. Les principes en seront repris dans les cas généraux des sections 2 et 3.
Considérons par exemple l’équation :
x2−6x+17=0. (1)
Le début du polynôme x2−6x+17 rappelle le développement remarquable : (x−3)2=x2−6x+9.
On en déduit que :
x2−6x=(x−3)2−9.
Alors, l’équation (1) devient donc :
(x−3)2−9+17=0
c’est-à-dire
(x−3)2−8=0.
Avec le fait que 22=2, on écrit ensuite (x−3)2−82=0
et on factorise avec l’identité u2−v2=(u−v)(u+v) bien connue : (x−3−8)(x−3+8)=0.
On a obtenu une équation du type produit-nul, dont les solutions sont : x=3+8 ou x=3−8.
A l’aide des propriétés de la racine carrée, on écrit plutôt : 8=22, d’où la forme définitive des solutions x=3+22 ou x=3−22
Remarques.
On peut condenser l’écriture de ces deux solutions x=3±22 en gardant à l’esprit que l’on désigne ainsi deux valeurs, obtenues en changeant le signe devant la racine carrée. L’astuce de calcul qui consiste à écrire x2−6x=(x−3)2−9 est appelée complément du carré dans la suite.
2 - Formules pour l’équation unitaire
On résout l’équation : x2+px+q=0(2) de la façon suivante.
Par complément du carré, on a : (x+2p)2−4p2+q=0.
En mettant au même dénominateur mais en conservant une différence, on a :
(x+2p)2−4p2−4q=0.
Si la quantité (on l’appelle discriminant) p2−4q est positive (et seulement dans ce cas), alors on peut prendre la racine carrée du second terme : (x+2p)2−(2p2−4q)2=0
avec la propriété de la racine carrée vis-à-vis du quotient.
Grâce à l’identité : u2−v2=(u+v)(u−v), on en déduit que :
((x+2p)+2p2−4q)((x+2p)−2p2−4q)=0
c’est-à-dire
(x+2p+2p2−4q)(x+2p−2p2−4q)=0
ou bien encore
(x−2−p−p2−4q)(x−2−p+p2−4q)=0
Les solutions sont donc : x=2−p±p2−4q
3 - Formules pour l’équation générale
On résout l’équation ax2+bx+c=0(3) avec a>0, de la façon suivante. En factorisant par a, on obtient :
a(x2+abx+ac)=0
En complétant le carré :
a((x+2ab)2−4a2b2+ac)=0
ce qui devient :
a((x+2ab)2−4a2b2−4ac)=0
A condition que :
b2−4ac⩾0
Alors on peut prendre la racine carrée du second terme de la parenthèse pour obtenir :
a((x+2ab)2−(2ab2−4ac)2)=0
Ce qui devient :
a(x+2ab+2ab2−4ac)(x+2ab−2ab2−4ac)=0
C'est-à-dire
a(x−2a−b−b2−4ac)(x−2a−b+b2−4ac)=0
Les solutions sont donc : x=2a−b±b2−4ac
4 - Factorisation
Dans le cours des démonstrations précédentes, on a vu que l’équation unitaire s’écrit sous forme factorisée : x2+px+q=(x−x′)(x−x")
où x′=2−p−p2−4q et x"=2−p+p2−4q
à condition que l’on ait p2−4q⩾0.
D’autre part, on a aussi vu que l’équation générale s’écrit sous forme factorisée :
ax2+bx+c=a(x−x1)(x−x2)
où x1=2a−b−b2−4ac et x2=2a−b+b2−4ac
à condition que b2−4ac⩾0.
5 - Application des formules
La connaissance de ces formules permet d’éviter les étapes de calcul montrées à la section 1.
Soit l’équation unitaire du second degré x2−10x+3=0.
On identifie p=−10 et q=3 avec les notations de la section 2. On calcule le discriminant p2−4q=100−12=88>0
et alors on obtient :
x′=210−88 ou x"=210+88
c’est-à-dire x′=5−22 ou bien x"=5+22
et on a aussi la factorisation : x2−10x+3=(x−5+22)(x−5−22).
Soit l’équation (non unitaire) du second degré : 3x2−10x+6=0
Alors, on identifie les coefficients a=3, b=−10 et c=6 avec les notations de la section 3.
Le discriminant est Δ=(−10)2−4×3×6=28>0.
On peut donc utiliser les formules quadratiques pour obtenir les solutions x=2×310±28
c’est-à-dire : x1=35+7 et x2=35−7
et on a aussi la factorisation : 3x2−10x+6=3(x−35+7)(x−35−7)
Note : Merci Zauctore !
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