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Factorisation

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Pourquoi cette leçon est importante

Cette leçon te servira directement pour 4 modules plus avancés :
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Suites

Analyse — Suites

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Limites

Analyse — Limites

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Systèmes linéaires

Algèbre Linéaire — Systèmes linéaires

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Dénombrement

Probabilités — Dénombrement

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Pourquoi apprendre ça ?

Factoriser une expression, c'est comme décomposer un grand nombre en produit de facteurs : au lieu de calculer sur une somme complexe, on travaille sur un produit — ce qui simplifie les équations, les fractions algébriques et la recherche de racines. En physique, en économie, partout où des équations du second degré apparaissent, la factorisation est la clé.

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Analogie

Factoriser, c'est comme ranger des objets dans des boîtes identiques : si tu as 12 pommes et 8 oranges, tu peux faire 4 groupes de (3 pommes + 2 oranges). Le "4" est le facteur commun. En algèbre, on fait exactement pareil avec des expressions.

Mise en facteur commun

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Théorie

La mise en facteur commun consiste à identifier un facteur qui se retrouve dans chaque terme de l'expression, puis à l'extraire.

Règle fondamentale : a⋅b+a⋅c=a(b+c)a \cdot b + a \cdot c = a(b + c)

Ce facteur aa peut être un nombre, une variable ou une expression entière.

Étapes :

  1. Identifier le PGCD des coefficients numériques
  2. Identifier le plus petit exposant de chaque variable commune
  3. Extraire ce facteur et diviser chaque terme par lui

Cas particulier : quand le facteur commun est une expression, par exemple (x+2)(x+2), on reconnaît ce bloc entier et on l'isole.

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Factorisation simple

Factoriser 6x2+9x6x^2 + 9x.

Étape 1 : PGCD de 6 et 9 → PGCD(6,9)=3\text{PGCD}(6,9) = 3. La variable xx est présente avec exposants 2 et 1, le plus petit est 1.

Étape 2 : Facteur commun =3x= 3x

Étape 3 : On divise chaque terme : 6x2+9x=3x⋅2x+3x⋅3=3x(2x+3)6x^2 + 9x = 3x \cdot 2x + 3x \cdot 3 = 3x(2x + 3)

Vérification : 3x(2x+3)=6x2+9x3x(2x+3) = 6x^2 + 9x ✓

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Facteur commun sous forme d'expression

Factoriser 5(x−1)2+3(x−1)5(x-1)^2 + 3(x-1).

Observation : Le facteur commun est le bloc (x−1)(x-1).

5(x−1)2+3(x−1)=(x−1)[5(x−1)+3]=(x−1)(5x−5+3)=(x−1)(5x−2)5(x-1)^2 + 3(x-1) = (x-1)\bigl[5(x-1) + 3\bigr] = (x-1)(5x - 5 + 3) = (x-1)(5x-2)

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Checkpoint

Quelle est la factorisation de ?

Identités remarquables

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Théorie

Les identités remarquables sont des formules algébriques reconnues immédiatement pour factoriser ou développer sans calcul intermédiaire.

Les trois identités fondamentales :

(a+b)2=a2+2ab+b2\boxed{(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2}

(a−b)2=a2−2ab+b2\boxed{(a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2}

(a+b)(a−b)=a2−b2\boxed{(a+b)(a-b) = a^2 - b^2}

La troisième — différence de deux carrés — est la plus utilisée pour factoriser.

Dans le sens factorisation (de droite à gauche) :

  • a2−b2  ⟶  (a−b)(a+b)a^2 - b^2 \;\longrightarrow\; (a-b)(a+b)
  • a2+2ab+b2  ⟶  (a+b)2a^2 + 2ab + b^2 \;\longrightarrow\; (a+b)^2
  • a2−2ab+b2  ⟶  (a−b)2a^2 - 2ab + b^2 \;\longrightarrow\; (a-b)^2

Méthode : repérer si le terme constant et le terme du milieu "s'emboîtent" dans une de ces formules.

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Différence de deux carrés

Factoriser 9x2−169x^2 - 16.

Reconnaissance : 9x2=(3x)29x^2 = (3x)^2 et 16=4216 = 4^2. C'est une différence de deux carrés avec a=3xa = 3x et b=4b = 4.

9x2−16=(3x)2−42=(3x−4)(3x+4)9x^2 - 16 = (3x)^2 - 4^2 = (3x-4)(3x+4)

Vérification : (3x−4)(3x+4)=9x2+12x−12x−16=9x2−16(3x-4)(3x+4) = 9x^2 + 12x - 12x - 16 = 9x^2 - 16 ✓

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Reconnaître un carré parfait

Factoriser x2+6x+9x^2 + 6x + 9.

Méthode : Cherche si c'est un carré parfait. Le terme constant 9=329 = 3^2, le coefficient de xx est 6=2×36 = 2 \times 3. Schéma (a+b)2(a+b)^2 avec a=xa=x, b=3b=3.

x2+6x+9=(x+3)2x^2 + 6x + 9 = (x+3)^2

Vérification : (x+3)2=x2+6x+9(x+3)^2 = x^2 + 6x + 9 ✓

⚠️

Piège — ne pas oublier le double produit

(a+b)2≠a2+b2(a+b)^2 \neq a^2 + b^2. Il manque le terme central 2ab2ab !

FAUX :(x+3)2≠x2+9\textbf{FAUX :} \quad (x+3)^2 \neq x^2 + 9 CORRECT :(x+3)2=x2+6x+9\textbf{CORRECT :} \quad (x+3)^2 = x^2 + 6x + 9

De même, a2−b2a^2 - b^2 ne se factorise pas en (a−b)2(a-b)^2 mais en (a−b)(a+b)(a-b)(a+b).

Trinôme du second degré

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Théorie

Un trinôme du second degré a la forme ax2+bx+cax^2 + bx + c avec a≠0a \neq 0.

Méthode par le discriminant :

Δ=b2−4ac\Delta = b^2 - 4ac

| Signe de Δ\Delta | Racines | Factorisation | |---|---|---| | Δ>0\Delta > 0 | x1,x2x_1, x_2 distincts | a(x−x1)(x−x2)a(x-x_1)(x-x_2) | | Δ=0\Delta = 0 | x0x_0 double | a(x−x0)2a(x-x_0)^2 | | Δ<0\Delta < 0 | aucune réelle | pas de factorisation sur R\mathbb{R} |

Les racines sont : x1,2=−b±Δ2ax_{1,2} = \dfrac{-b \pm \sqrt{\Delta}}{2a}

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Factorisation d'un trinôme avec deux racines

Factoriser 2x2−5x+32x^2 - 5x + 3.

Calcul du discriminant : Δ=(−5)2−4×2×3=25−24=1\Delta = (-5)^2 - 4 \times 2 \times 3 = 25 - 24 = 1

Δ=1>0\Delta = 1 > 0, donc deux racines distinctes : x1=5−14=1x2=5+14=32x_1 = \frac{5 - 1}{4} = 1 \qquad x_2 = \frac{5 + 1}{4} = \frac{3}{2}

Factorisation : 2x2−5x+3=2(x−1) ⁣(x−32)=(x−1)(2x−3)2x^2 - 5x + 3 = 2(x - 1)\!\left(x - \frac{3}{2}\right) = (x-1)(2x-3)

Vérification : (x−1)(2x−3)=2x2−3x−2x+3=2x2−5x+3(x-1)(2x-3) = 2x^2 - 3x - 2x + 3 = 2x^2 - 5x + 3 ✓

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Checkpoint

Quelle est la factorisation de ?

Factorisation de polynômes — méthodes avancées

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Théorie

Méthode de la racine évidente : pour factoriser un polynôme P(x)P(x) de degré ≥3\geq 3, on cherche d'abord une racine entière rr en testant les diviseurs du terme constant. Si P(r)=0P(r) = 0, alors (x−r)(x - r) est un facteur, et on effectue la division euclidienne.

Identités remarquables à 3 termes — somme et différence de cubes : a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2) a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)

Ces formules permettent de factoriser des expressions cubiques sans passer par le discriminant.

Décomposition en éléments simples (fractions rationnelles) : toute fraction P(x)Q(x)\dfrac{P(x)}{Q(x)} avec deg⁡P<deg⁡Q\deg P < \deg Q et QQ à racines simples r1,…,rnr_1, \ldots, r_n s'écrit : P(x)(x−r1)⋯(x−rn)=A1x−r1+⋯+Anx−rn\frac{P(x)}{(x-r_1)\cdots(x-r_n)} = \frac{A_1}{x-r_1} + \cdots + \frac{A_n}{x-r_n}

Calcul de AiA_i : multiplier par (x−ri)(x - r_i) et substituer x=rix = r_i.

Applications :

  • Intégrales : ∫dx(x−a)(x−b)=1a−bln⁡∣x−ax−b∣+C\displaystyle\int \frac{dx}{(x-a)(x-b)} = \frac{1}{a-b}\ln\left|\frac{x-a}{x-b}\right| + C
  • Limites : simplifier x2−1x−1=x+1\dfrac{x^2-1}{x-1} = x+1 pour x≠1x \neq 1, d'où lim⁡x→1x2−1x−1=2\lim_{x\to 1}\dfrac{x^2-1}{x-1} = 2
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Factorisation par racine évidente

Factoriser P(x)=x3−6x2+11x−6P(x) = x^3 - 6x^2 + 11x - 6.

Recherche d'une racine parmi les diviseurs de 6 : ±1,±2,±3,±6\pm 1, \pm 2, \pm 3, \pm 6.

P(1)=1−6+11−6=0P(1) = 1 - 6 + 11 - 6 = 0 ✓ → (x−1)(x - 1) est un facteur.

Division euclidienne de P(x)P(x) par (x−1)(x-1) : P(x)=(x−1)(x2−5x+6)P(x) = (x-1)(x^2 - 5x + 6)

Factoriser x2−5x+6x^2 - 5x + 6 : Δ=25−24=1\Delta = 25 - 24 = 1, racines x=2x = 2 et x=3x = 3.

Résultat final : P(x)=(x−1)(x−2)(x−3)P(x) = (x-1)(x-2)(x-3)

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Décomposition en éléments simples

Décomposer 3x+1(x−1)(x+2)\dfrac{3x + 1}{(x-1)(x+2)} en éléments simples.

Forme cherchée : 3x+1(x−1)(x+2)=Ax−1+Bx+2\dfrac{3x+1}{(x-1)(x+2)} = \dfrac{A}{x-1} + \dfrac{B}{x+2}

Calcul de AA : multiplier par (x−1)(x-1) et poser x=1x = 1 : A=3(1)+11+2=43A = \frac{3(1)+1}{1+2} = \frac{4}{3}

Calcul de BB : multiplier par (x+2)(x+2) et poser x=−2x = -2 : B=3(−2)+1−2−1=−5−3=53B = \frac{3(-2)+1}{-2-1} = \frac{-5}{-3} = \frac{5}{3}

Application — intégrale : ∫3x+1(x−1)(x+2) dx=43ln⁡∣x−1∣+53ln⁡∣x+2∣+C\int \frac{3x+1}{(x-1)(x+2)}\,dx = \frac{4}{3}\ln|x-1| + \frac{5}{3}\ln|x+2| + C

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Checkpoint

Laquelle de ces expressions est la factorisation de \(x^3 - 8\) ?

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Checkpoint

Dans la décomposition \(\frac{1}{(x-1)(x+1)} = \frac{A}{x-1} + \frac{B}{x+1}\), que vaut \(A\) ?

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À retenir

  • La mise en facteur commun extrait le PGCD de tous les termes : ab+ac=a(b+c)ab + ac = a(b+c)
  • Les trois identités remarquables : (a+b)2(a+b)^2, (a−b)2(a-b)^2 et la différence de carrés (a−b)(a+b)=a2−b2(a-b)(a+b) = a^2-b^2
  • La différence de deux carrés a2−b2=(a−b)(a+b)a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) est très fréquente — la repérer vite est crucial
  • Pour un trinôme ax2+bx+cax^2+bx+c, calculer Δ=b2−4ac\Delta = b^2-4ac : si Δ≥0\Delta \geq 0, factoriser avec les racines
  • Racine évidente : tester les diviseurs du terme constant pour les polynômes de degré ≥3\geq 3
  • Cubes : a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a-b)(a^2+ab+b^2) et a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3 + b^3 = (a+b)(a^2-ab+b^2)
  • Éléments simples : décomposer une fraction rationnelle pour intégrer ou calculer des limites
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