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Rappels : les ensembles de nombres

  • Les entiers naturels : ceux que l’on compte (\(0\,;\ 1\,;\ 2\,;\ \ldots\)).

  • Les entiers relatifs : les entiers naturels et leurs opposés.

  • Les nombres rationnels : les quotients de deux entiers relatifs (121/2 = 0,5 ; −232/3 = −0,6666…).

  • Les nombres irrationnels : ceux qui ne sont pas rationnels (\(\pi\) ; √2).

Multiples et division euclidienne

Encadrer un entier par deux multiples consécutifs

Encadrer 413 par deux multiples consécutifs de 21 :

413 = 21 × 19 + 14

399 ≤ 413 < 420

Le plus grand multiple inférieur à un nombre

Le plus grand multiple de 27 inférieur à 112 :

112 = 27 × 4 + 4

27 × 4 = 108

Le plus petit multiple supérieur à un nombre

Le plus petit multiple de 8 supérieur à 387 :

387 = 8 × 48 + 3

8 × (48 + 1) = 8 × 49 = 392

Nombres premiers

Définition

Un nombre premier est un entier naturel qui possède exactement deux diviseurs distincts : 1 et lui-même.

Les premiers d’entre eux : 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, … (1 n’est pas premier).

Décomposer en facteurs premiers

On divise successivement 1350 par des facteurs premiers :

1350 2
675 3
225 3
75 3
25 5
5 5
1

1350 = 2 × 33 × 52

Diviseurs et PGCD

Diviseur

k (non nul) est un diviseur de a lorsque le reste de la division euclidienne de a par k est zéro ; on dit aussi que a est un multiple de k.

Lister les diviseurs

À partir de la décomposition 260 = 22 × 5 × 13, on combine les facteurs :

\(260 : \{1\,;2\,;4\,;5\,;10\,;13\,;20\,;26\,;52\,;65\,;130\,;260\}\)

En multipliant les diviseurs « par paires » (le premier avec le dernier…) on retrouve 260 : 1 × 260 = 2 × 130 = 4 × 65 = 260. Cela fait gagner du temps pour écrire la liste.

Diviseur commun

Si deux entiers a et b sont divisibles par un même entier k, alors k est un diviseur commun de a et b (1 est diviseur commun à tous).

Le PGCD

Le PGCD(a ;b) est le plus grand des diviseurs positifs communs à a et b.

Diviseurs de 24 : \(\{1;2;3;4;6;8;12;24\}\) ; de 36 : \(\{1;2;3;4;6;9;12;18;36\}\). Communs : \(\{1;2;3;4;6;12\}\), donc :

PGCD(24 ;36) = 12

Algorithmes de recherche du PGCD

Algorithme des différences

On soustrait les deux nombres, on garde les deux plus petits et on recommence jusqu’à obtenir deux nombres égaux. PGCD(150 ;40) :

150 − 40 = 110

110 − 40 = 70

70 − 40 = 30

40 − 30 = 10

30 − 10 = 20

20 − 10 = 10

PGCD(150 ;40) = 10

Algorithme d’Euclide

On divise le plus grand par le plus petit, puis le diviseur par le reste, jusqu’à un reste nul. Le dernier reste non nul est le PGCD.

PGCD(252 ;360) :

360 = 252 × 1 + 108

252 = 108 × 2 + 36

108 = 36 × 3 + 0

PGCD(252 ;360) = 36

PPCM

Définition

Le PPCM de deux nombres est le plus petit entier naturel qui est un multiple commun aux deux. Il sert notamment à trouver un dénominateur commun.

Exemple

Multiples de 4 : 4, 8, 12, 16, … ; de 6 : 6, 12, 18, …. Le plus petit multiple commun est 12 :

PPCM(4 ;6) = 12

Avec la décomposition

4 = 22 et 6 = 2 × 3 : un multiple commun contient au minimum 22 × 3, d’où PPCM(4 ;6) = 12.

Exercice type Brevet

Deux ampoules s’allument toutes les 9 min 48 s (588 s) et toutes les 5 min 48 s (348 s). Elles s’allument ensemble à minuit ; quand de nouveau ?

588 = 22 × 3 × 72

348 = 22 × 3 × 29

PPCM = 22 × 3 × 72 × 29 = 17 052 s

Or 17 052 = 4 × 3600 + 44 × 60 + 12 : elles se rallument ensemble à 4 h 44 min 12 s.

Nombres premiers entre eux, fractions irréductibles

Nombres premiers entre eux

Deux nombres sont premiers entre eux lorsque leur PGCD est égal à 1. Par exemple 10 et 7 (diviseurs de 10 : \(\{1;2;5;10\}\), de 7 : \(\{1;7\}\)).

Fraction irréductible

Une fraction est irréductible lorsque son numérateur et son dénominateur sont premiers entre eux. On y parvient en divisant par leur PGCD :

156260156/260 = 156 ÷ 52260 ÷ 52156 ÷ 52/260 ÷ 52 = 353/5

COMPÉTENCES EXIGIBLES

Déterminer si deux entiers sont premiers entre eux.
👉 Référence : Eduscol – Les nombres premiers

Savoir qu’une fraction est dite irréductible si son numérateur et son dénominateur sont premiers entre eux.

Simplifier une fraction donnée pour la rendre irréductible.

Mettre en œuvre un algorithme de calcul du PGCD (algorithme d’Euclide ou méthode des soustractions).

Connaître la définition du PPCM et savoir l’utiliser dans des situations concrètes (ex. synchronisation, dénominateur commun).

Utiliser la décomposition en facteurs premiers dans des calculs de PGCD ou PPCM.

Distinguer les nombres rationnels et irrationnels.

Comprendre et utiliser la notion de divisibilité, de multiple, de facteur, et de nombre premier.

Commentaires

Ces compétences relèvent du **cycle 4**, en particulier en lien avec le domaine "Nombres et calculs" du socle commun de connaissances, de compétences et de culture.

🔗 Texte officiel de référence : BO n°31 du 29 août 2019 — Programme de mathématiques au cycle 4

L'étude de la divisibilité, du PGCD et du PPCM est un cadre privilégié pour développer le raisonnement et l'algorithmique.

Le recours aux algorithmes (ex. : Euclide) permet une meilleure compréhension de la structure des entiers. Ces méthodes sont également l’occasion d’introduire la notion de complexité algorithmique de façon intuitive.

L’utilisation du vocabulaire précis (diviseur, multiple, facteur premier, etc.) est essentielle pour structurer la pensée mathématique et pour préparer les élèves aux raisonnements algébriques ultérieurs.

La reconnaissance des nombres rationnels et irrationnels (comme √2 ou π) ouvre vers des questionnements plus larges, à la fois historiques, culturels et scientifiques.

🔍 Pour approfondir : Documents d'accompagnement Eduscol – Nombres et calculs, cycle 4 (PDF)

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