Équivalence de deux programmes de calcul

On considère les deux programmes de calcul suivants.

Programme A Programme B
Choisir un nombre. Choisir un nombre.
Le multiplier par 4. L'augmenter de 3.
Ajouter 6. Multiplier le résultat par 2.
Soustraire le double du nombre de départ.  
  1. Tester les deux programmes avec le nombre de départ $ 5 $. Que constate-t-on ?
  2. On note $ x $ le nombre choisi au départ. Exprimer en fonction de $ x $, sous forme réduite, le résultat de chaque programme.
  3. Démontrer que les deux programmes donnent toujours le même résultat, quel que soit le nombre de départ.
  4. On modifie le programme A : on remplace la dernière étape par « Soustraire le quadruple du nombre de départ ».
    Démontrer que ce nouveau programme donne toujours le même résultat, quel que soit le nombre de départ. Préciser ce résultat.

Corrigé

  1. On suit chaque étape avec le nombre $ 5 $.

    Programme A : $ 5 \times 4 = 20 $ ; $ 20 + 6 = 26 $ ; $ 26 - 2 \times 5 = 26 - 10 = 16 $.

    Programme B : $ 5 + 3 = 8 $ ; $ 8 \times 2 = 16 $.

    Les deux programmes donnent $ 16 $ pour le nombre $ 5 $.

  2. On traduit chaque programme en expression littérale en notant $ x $ le nombre de départ.

    Programme A :
    $ x \xrightarrow{\times 4} 4x \xrightarrow{+ 6} 4x + 6 \xrightarrow{- 2x} 4x + 6 - 2x $

    On réduit : le programme A donne $ 2x + 6 $.

    Programme B :
    $ x \xrightarrow{+ 3} x + 3 \xrightarrow{\times 2} 2(x + 3) $

    On développe : le programme B donne $ 2x + 6 $.

  3. Tester avec un seul nombre ne suffit pas pour démontrer une équivalence. On compare les expressions obtenues à la question 2 :

    Programme A : $ 2x + 6 $.

    Programme B : $ 2x + 6 $.

    Les deux expressions sont identiques. Donc, pour tout nombre $ x $ choisi au départ, les deux programmes donnent le même résultat.

  4. On reprend la traduction du programme A en remplaçant la dernière étape :

    $ x \xrightarrow{\times 4} 4x \xrightarrow{+ 6} 4x + 6 \xrightarrow{- 4x} 4x + 6 - 4x $

    On réduit : $ 4x - 4x + 6 = 6 $.

    L'expression réduite vaut $ 6 $, sans la moindre apparition de $ x $. Quel que soit le nombre choisi au départ, le programme donne toujours $\mathbf{6}$.

Vrai/Faux : Programmes de calcul et raisonnement

[enonce]
Pour chaque affirmation, indiquez si elle est Vraie ou Fausse.
[/enonce]

[etape]
Affirmation : Le programme « Choisir un nombre, multiplier par $3$, ajouter $6$ » se traduit par l'expression littérale $3x + 6$ (où $x$ est le nombre choisi).

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Correct !
On suit l'ordre des opérations : multiplier $x$ par $3$ donne $3x$, puis ajouter $6$ donne $3x + 6$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
La traduction respecte l'ordre des étapes : « ×$3$ » donne $3x$, puis « + $6$ » donne $3x + 6$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Étape par étape : $x \to 3x \to 3x + 6$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Le programme « Choisir un nombre, ajouter $4$, multiplier le résultat par $2$ » se traduit par l'expression $2x + 4$.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
La multiplication s'applique à la somme entière : on obtient $2(x + 4)$, soit $2x + 8$ après développement (et non $2x + 4$).[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
L'ordre des opérations compte : « ajouter $4$ puis multiplier par $2$ » donne $2(x + 4) = 2x + 8$. La parenthèse est essentielle.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Le programme se traduit par $2(x + 4) = 2x + 8$, et non $2x + 4$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Le programme A « multiplier par $4$, puis ajouter $8$ » et le programme B « ajouter $2$, puis multiplier par $4$ » donnent toujours le même résultat.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
Programme A : $4x + 8$. Programme B : $4(x + 2) = 4x + 8$. Les deux expressions sont identiques pour tout nombre $x$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
En traduisant chaque programme, on trouve la même expression littérale : $4x + 8$. Ils sont donc équivalents.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Programme A : $4x + 8$. Programme B : $4(x + 2) = 4x + 8$. Les deux expressions étant identiques, les programmes donnent toujours le même résultat.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Si pour $x = 0$ et $x = 1$, deux expressions ont la même valeur, alors elles sont égales pour tout nombre $x$.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
Deux expressions peuvent coïncider en quelques points sans être identiques partout. Par exemple, $x^{2}$ et $x$ valent toutes deux $0$ en $x = 0$ et $1$ en $x = 1$, mais diffèrent en $x = 2$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Tester deux valeurs ne suffit pas. Contre-exemple : $x^{2}$ et $x$ valent toutes deux $0$ en $x = 0$ et $1$ en $x = 1$, mais en $x = 2$ on a $4 \neq 2$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Quelques tests numériques ne suffisent pas. Par exemple, $x^{2}$ et $x$ coïncident en $x = 0$ et $x = 1$, mais $x^{2} = 4$ et $x = 2$ pour $x = 2$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Pour tout nombre $x$, $(x + 5)^{2}$ est égal à $x^{2} + 25$.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
Tester avec $x = 1$ : $(1 + 5)^{2} = 36$ et $1^{2} + 25 = 26$. Un seul contre-exemple suffit pour conclure.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
$(x + 5)^{2}$ signifie $(x + 5) \times (x + 5)$, ce qui n'est pas la même chose que $x^{2} + 25$. Par exemple, pour $x = 1$ : $(1 + 5)^{2} = 36$ alors que $1^{2} + 25 = 26$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Pour $x = 1$ : $(1 + 5)^{2} = 36$ alors que $1^{2} + 25 = 26$. Le carré d'une somme n'est pas la somme des carrés.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : Pour montrer que deux programmes de calcul ne sont pas équivalents, il suffit d'exhiber un nombre pour lequel ils donnent des résultats différents.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Excellent !
Un seul contre-exemple suffit à invalider une équivalence : si les deux programmes diffèrent pour une seule valeur, ils ne donnent pas toujours le même résultat.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Pour prouver l'équivalence, il faut le calcul littéral. Mais pour la nier, un contre-exemple unique suffit puisque l'équivalence demande l'égalité pour tout nombre.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. L'équivalence demande l'égalité pour tout nombre : un seul contre-exemple suffit donc à la nier.
[/solution]
[/etape]