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NOMBRES ET CALCULS

Calcul littéral : identités remarquables

Niveau 2ⁿᵈᵉ · Cours

🔁 Ce que tu sais déjà

🎯 À la fin de ce chapitre, je sais : développer et réduire avec les identités remarquables · factoriser avec un facteur commun ou une identité · choisir la forme la plus adaptée d'une expression · calculer avec des expressions fractionnaires et repérer les valeurs interdites.

Depuis la 4e, tu sais développer avec la distributivité : k(a + b) = ka + kb, puis (a + b)(c + d) = ac + ad + bc + bd. Tu sais aussi factoriser quand un facteur commun saute aux yeux. En seconde, ces techniques deviennent des OUTILS que l'on choisit selon ce qu'on cherche.

✏️ Exemple

Développer, c'est transformer un produit en somme : 6(x + 5) = 6x + 30.

Factoriser, c'est l'opération inverse : transformer une somme en produit, 4x − 4y = 4(x − y).

📌 À retenir

Développer : produit → somme. Factoriser : somme → produit.

Un signe moins devant une parenthèse change TOUS les signes à l'intérieur.

🌱 Développer avec les identités

Calcule 101² de tête. En posant la multiplication, c'est long. Mais 101 = 100 + 1, et il existe une formule qui donne directement (100 + 1)² = 10 000 + 200 + 1 = 10 201. Ces formules s'appellent les identités remarquables.

📖 Définition

Pour tous réels a et b : (a + b)² = a² + 2ab + b² ; (a − b)² = a² − 2ab + b² ; (a + b)(a − b) = a² − b².

Ces trois égalités se lisent dans les DEUX sens : de gauche à droite pour développer, de droite à gauche pour factoriser.

✏️ Exemple

(x + 3)² = x² + 2 × x × 3 + 3² = x² + 6x + 9.

(3x − 4)² = 9x² − 24x + 16 : ici a = 3x donc a² = 9x², et 2ab = 2 × 3x × 4 = 24x.

(2x − 1)(2x + 1) = 4x² − 1 : seulement deux termes, car les doubles produits se compensent.

✏️ Exemple

Contre-exemple : (x + 3)² n'est pas égal à x² + 9.

Il manque le double produit 2 × x × 3 = 6x. En testant avec x = 1 : (1 + 3)² = 16, alors que 1 + 9 = 10. Les deux écritures sont bien différentes.

✏️ Exemple

Méthode — développer avec une identité.

1) Je repère la forme : carré d'une somme, carré d'une différence ou produit d'une somme par une différence.

2) J'identifie a et b, puis j'écris les trois termes (ou deux pour a² − b²).

3) Je réduis. Exemple : (4x + 6)² = 16x² + 48x + 36, en n'oubliant pas que (4x)² = 16x².

⚠️
Pièges classiques
  • Le carré porte sur TOUT le facteur : (4x)² = 16x² et non 4x².
  • N'oublie jamais le double produit : c'est l'erreur la plus fréquente.
  • Quand une parenthèse est précédée d'un signe moins, change tous les signes du développement : (x + 2)² − (3x − 5)² = x² + 4x + 4 − 9x² + 30x − 25.
📌 À retenir

(a + b)² = a² + 2ab + b² · (a − b)² = a² − 2ab + b² · (a + b)(a − b) = a² − b².

Un carré de somme donne TROIS termes, une différence de carrés seulement DEUX.

❓ Quiz — Développer

Question 1 — Quel est le développement de (3x − 9)² ?

Question 2 — Quel est le développement de (2y − 5)(2y + 5) ?

Question 3 — Comment calculer 99² astucieusement ?

🔧 Factoriser

Pourquoi factoriser ? Parce qu'un PRODUIT nul se résout d'un coup d'œil : si A × B = 0, alors A = 0 ou B = 0. C'est impossible à voir sur une somme. La forme factorisée est donc la clé des équations.

📖 Définition

FACTORISER une expression, c'est l'écrire sous la forme d'un PRODUIT de facteurs.

Deux méthodes : mettre en évidence un facteur commun (ka + kb = k(a + b)), ou reconnaître une identité remarquable lue de droite à gauche.

✏️ Exemple

Facteur commun apparent : 3x² + 9x = 3x(x + 3).

Facteur commun caché : (2x + 1)(x − 3) + (2x + 1) s'écrit (2x + 1)(x − 3) + (2x + 1) × 1 = (2x + 1)(x − 2).

Identité : x² − 100 = (x + 10)(x − 10) et x² + 10x + 25 = (x + 5)².

✏️ Exemple

Contre-exemple : x² + 16 ne se factorise pas avec les identités du programme.

Une SOMME de deux carrés n'est pas une identité remarquable : seule la DIFFÉRENCE a² − b² se factorise.

✏️ Exemple

Méthode — factoriser en deux temps.

1) Je cherche d'abord un facteur commun, même caché : un terme seul vaut « lui-même × 1 », et (x − 1)² vaut (x − 1) × (x − 1).

2) Sinon, je regarde s'il s'agit d'une identité remarquable : trois termes avec un double produit, ou une différence de deux carrés.

3) Je vérifie toujours en redéveloppant mentalement.

⚠️
Pièges classiques
  • Deux parenthèses opposées cachent un facteur commun : (2x − 1) et (1 − 2x) sont opposées, car 1 − 2x = −(2x − 1).
  • (7 − 5x)² = (5x − 7)² : deux expressions opposées ont le même carré.
  • Après avoir mis en facteur, RÉDUIS ce qui reste entre crochets, en faisant attention aux signes.
📌 À retenir

Facteur commun d'abord, identité remarquable ensuite.

a² − b² = (a + b)(a − b) ; a² + 2ab + b² = (a + b)² ; a² − 2ab + b² = (a − b)².

❓ Quiz — Factoriser

Question 1 — Quelle est la forme factorisée de 4x² − 4x + 1 ?

Question 2 — Quelle est la forme factorisée de (x + 4)² − 49 ?

Question 3 — Quel est le facteur commun de (3x + 7)(2x − 9) − (3x + 7)(5x − 7) ?

🎯 Choisir la bonne forme

Une même expression peut s'écrire de plusieurs façons : A = (x + 2)(2x − 1) ou A = 2x² + 3x − 2. Aucune n'est « la bonne » dans l'absolu : tout dépend de la question posée.

📖 Définition

La forme DÉVELOPPÉE RÉDUITE est une somme : elle permet de lire les coefficients et de calculer facilement une image.

La forme FACTORISÉE est un produit : elle permet de résoudre l'équation « expression = 0 » et de lire les valeurs qui annulent.

✏️ Exemple

Avec A = (x + 2)(2x − 1) = 2x² + 3x − 2 : pour calculer A quand x = 3, la forme factorisée est la plus rapide : 5 × 5 = 25.

Pour résoudre A = 0, seule la forme factorisée sert : x + 2 = 0 ou 2x − 1 = 0.

✏️ Exemple

Contre-exemple : chercher les solutions de 2x² + 3x − 2 = 0 sur la forme développée est une impasse en seconde.

Il faut d'abord factoriser : sans forme factorisée, on ne sait pas résoudre cette équation.

✏️ Exemple

Méthode — traiter un exercice « développe, factorise, calcule ».

1) Je développe et je réduis la forme donnée : c'est la question de calcul.

2) Je factorise, souvent avec un facteur commun ou une identité.

3) Pour chaque question suivante, je choisis la forme la plus commode : valeur numérique → développée ou factorisée selon les nombres ; équation = 0 → factorisée.

⚠️
Pièges classiques
  • L'énoncé n'exige une forme particulière que s'il le dit explicitement (« développe », « factorise »). Sinon, toute écriture équivalente convient.
  • Après avoir factorisé, on ne redéveloppe pas : ce serait revenir en arrière.
  • Vérifie toujours ton résultat en testant une valeur, par exemple x = 1, dans les deux formes.
📌 À retenir

Forme factorisée = produit → pour résoudre « = 0 ».

Forme développée réduite = somme → pour lire les coefficients et calculer.

❓ Quiz — Choisir la forme

Question 1 — Pour résoudre l'équation A(x) = 0, quelle forme utiliser ?

Question 2 — On a A = (x + 2)(2x − 1). Que vaut A pour x = 3 ?

Question 3 — On a D = (x + 5)² − 7x(x + 5). Quelle est sa forme factorisée ?

➗ Expressions fractionnaires

L'expression 5/(2x − 1) a un sens pour presque toutes les valeurs de x… sauf une. Si x vaut 0,5, le dénominateur devient nul et la division est impossible. On dit que 0,5 est une VALEUR INTERDITE.

📖 Définition

Une expression fractionnaire n'est définie que si son dénominateur est non nul. Les valeurs de x qui annulent le dénominateur sont les VALEURS INTERDITES.

Pour les trouver, on résout l'équation « dénominateur = 0 ».

✏️ Exemple

Pour (5x + 3)/(4x − 3) : on résout 4x − 3 = 0, donc la valeur interdite est 3/4.

Pour (2x − 1)/3 : le dénominateur est le nombre 3, il n'est jamais nul, l'expression est définie pour tout réel.

✏️ Exemple

Contre-exemple : la valeur interdite de (x + 3)/(2x + 6) est −3, et non « aucune ».

Même si le numérateur s'annule lui aussi pour x = −3, la valeur reste interdite : on ne peut pas diviser par zéro.

✏️ Exemple

Méthode — écrire une somme sous la forme d'une seule fraction.

1) Je détermine un dénominateur commun.

2) Je transforme chaque terme avec ce dénominateur, y compris les termes entiers : 1 = (2x − 1)/(2x − 1).

3) J'additionne les numérateurs, puis je réduis : 5/(2x − 1) + 1 = (5 + 2x − 1)/(2x − 1) = (2x + 4)/(2x − 1).

⚠️
Pièges classiques
  • Un signe moins devant une fraction change les signes de TOUT le numérateur : −(x − 4)/(3x + 5) donne (−x + 4)/(3x + 5).
  • On ne simplifie que des FACTEURS, jamais des termes d'une somme : dans (x + 3)/3, on ne peut pas « barrer » les 3.
  • Avant de remplacer x par une valeur, vérifie que ce n'est pas la valeur interdite.
📌 À retenir

Valeur interdite = valeur qui annule le dénominateur ; on la trouve en résolvant « dénominateur = 0 ».

Pour additionner, on réduit au même dénominateur ; on ne simplifie que des facteurs.

❓ Quiz — Expressions fractionnaires

Question 1 — Quelle est la valeur interdite de (3x − 1)/(4x − 7) ?

Question 2 — Pour quelles valeurs de x l'expression (2x − 1)/3 est-elle définie ?

Question 3 — Que vaut 5/(2x − 1) + 1 sous la forme d'une seule fraction ?

🏆
Cours terminé !

Ton mémo complet est dans l’encadré « Mémo ». Prêt·e pour les défis ?

📌 Mémo
🌱 Identités
  • (a + b)² = a² + 2ab + b²
  • (a − b)² = a² − 2ab + b²
  • (a + b)(a − b) = a² − b²

(3x − 4)² = 9x² − 24x + 16

🔧 Factoriser
  • Facteur commun d'abord (même caché : × 1)
  • Puis identité remarquable, lue à l'envers
  • (1 − 2x) = −(2x − 1) : parenthèses opposées

x² − 100 = (x + 10)(x − 10)

🎯 Quelle forme ?
  • Résoudre « = 0 » → forme factorisée
  • Lire les coefficients → forme développée
  • Calculer une valeur → la plus simple des deux

A = (x + 2)(2x − 1) : A(3) = 5 × 5 = 25

➗ Fractionnaires
  • Valeur interdite : dénominateur = 0
  • Réduire au même dénominateur pour additionner
  • Signe moins devant une fraction : tout le numérateur change

5/(2x − 1) + 1 = (2x + 4)/(2x − 1)

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