Annales CRPE · Mathématiques › 2026 · M2

Sujet CRPE 2026 Mathématiques · Session supplémentaire Versailles · Créteil : corrigé

Exercice 1 – Pourcentages, TVA, budget (3 points)Voir le corrigé ↓

Une directrice d'école fait des recherches pour budgéter une sortie pédagogique pour les \(40\) élèves de l'école.

On rappelle que : TTC signifie Toutes Taxes Comprises ; HT signifie Hors Taxe ; TVA signifie Taxe sur la Valeur Ajoutée. Le prix TTC correspond au prix HT auquel s'ajoute le montant de la TVA.

Tarif pour le transportTarif pour le musée (TTC)Tarif pour le repas (TTC)
Compagnie A : \(350\) € pour la location du car et \(1\text{,}80\) € par kilomètre parcouru, prix TTC
Compagnie B : \(290\) € de location du car et \(2\text{,}45\) € par kilomètre parcouru, prix TTC
Compagnie C : un tarif fixe à \(585\) € HT et un taux de TVA de \(10\,\%\)
Tarif accompagnateur : \(35\) €
Tarif élève : \(23\) €
Tarif accompagnateur : \(7\text{,}95\) €
Tarif élève : \(4\text{,}55\) €
1
La sortie prévue nécessite un déplacement de \(150\) km aller-retour. Quelle compagnie de transport propose le tarif le plus avantageux ?
2
Il est prévu que quatre accompagnateurs dont la directrice encadrent cette sortie. La compagnie de transport la plus avantageuse est retenue. À combien s'élèvera le budget global TTC pour cette sortie pour les \(40\) élèves et les adultes ?
3
La mairie et la coopérative participent au financement de la sortie. La mairie propose de subventionner la sortie à hauteur de \(8\) € par élève participant à la sortie. À combien s'élève la participation de la coopérative sachant qu'elle prend en charge \(20\,\%\) du montant restant ?
Voir le corrigé de l'exercice 1

1

Corrigé

Compagnie A : \(350+1\text{,}80\times150=350+270=620\) €.

Compagnie B : \(290+2\text{,}45\times150=290+367\text{,}5=657\text{,}50\) €.

Compagnie C : \(585\times1\text{,}10=643\text{,}50\) € TTC.

La compagnie A est la plus avantageuse (\(620\) €).

Pour comprendre en détail

Méthode

Pour comparer, il faut des prix de même nature : ici tous TTC. Les compagnies A et B sont déjà TTC ; pour la compagnie C, on ajoute \(10\,\%\) de TVA, ce qui revient à multiplier par \(1+\dfrac{10}{100}=1\text{,}10\).

CompagnieCalculPrix TTC
A\(350+1\text{,}8\times150\)\(620\) €
B\(290+2\text{,}45\times150\)\(657\text{,}50\) €
C\(585\times1\text{,}1\)\(643\text{,}50\) €
Erreur fréquente : comparer \(585\) € (HT) aux prix TTC des autres compagnies. La compagnie C paraîtrait alors la moins chère (\(585<620\)), à tort.

2

Corrigé

Transport : \(620\) €.

Musée : \(40\times23+4\times35=920+140=1\text{ }060\) €.

Repas : \(40\times4\text{,}55+4\times7\text{,}95=182+31\text{,}80=213\text{,}80\) €.

Budget global : \(620+1\text{ }060+213\text{,}80=\) \(1\text{ }893\text{,}80\) € TTC.

Pour comprendre en détail

Vérification : \(620+1\text{ }060=1\text{ }680\), puis \(1\text{ }680+213\text{,}80=1\text{ }893\text{,}80\).

Attention : les quatre accompagnateurs comprennent la directrice ; il ne faut pas en compter un cinquième.

3

Corrigé

Subvention de la mairie : \(8\times40=320\) €.

Montant restant : \(1\text{ }893\text{,}80-320=1\text{ }573\text{,}80\) €.

Participation de la coopérative : \(0\text{,}20\times1\text{ }573\text{,}80=\) \(314\text{,}76\) €.

Pour comprendre en détail

La mairie verse \(8\) € par élève : les accompagnateurs ne comptent pas dans la subvention.

Vérification : \(20\,\%=\dfrac15\), et \(1\text{ }573\text{,}80\div5=314\text{,}76\).

S'entraîner sur le même thèmePourcentages et proportionnalité →

📘 Revoir la méthode : fiches Pourcentages et proportionnalité dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 2 – Fractions, Thalès, algorithmique (3 points)Voir le corrigé ↓

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer, en justifiant, si elle est vraie ou fausse. Une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

1
Affirmation 1 : la somme de deux nombres rationnels non entiers est un nombre rationnel non entier.
2

La figure ci-contre n'est pas à l'échelle. Les points A, B, D sont alignés. Les points A, C, E sont alignés. \(\text{AB}=5\) cm ; \(\text{BD}=15\) cm ; \(\text{AC}=7\) cm ; \(\text{AE}=21\) cm.

Deux droites sécantes en A : sur l'une, les points B puis D à partir de A ; sur l'autre, les points C puis E à partir de A. Les droites (BC) et (DE) sont tracées. Figure non à l'échelle.

Affirmation 2 : les droites (BC) et (DE) sont parallèles.

3

On considère le script ci-dessous.

Script Scratch : quand drapeau cliqué ; mettre Etape1 à 0 ; mettre Etape2 à 0 ; mettre Résultat à 0 ; demander « Choisir un nombre entier » et attendre ; mettre Etape1 à (réponse + 2) * (réponse + 2) ; mettre Etape2 à (réponse − 2) * (réponse − 2) ; mettre Résultat à Etape1 − Etape2 ; dire (regrouper « Le résultat est : » et Résultat) pendant 2 secondes.

On précise que la variable « réponse » contient le nombre entier choisi par l'utilisateur.

Affirmation 3 : quel que soit le nombre entier choisi par l'utilisateur, l'exécution de ce script affiche toujours pendant deux secondes un multiple de \(8\).

Voir le corrigé de l'exercice 2

1

Corrigé

L'affirmation est fausse.

Contre-exemple : \(\dfrac12\) et \(\dfrac12\) sont rationnels non entiers, mais \(\dfrac12+\dfrac12=1\) est un entier.

Pour comprendre en détail

Méthode : le contre-exemple

Une affirmation générale est réfutée par un seul cas où elle échoue. Ici, on cherche deux rationnels non entiers dont la somme est entière : \(\dfrac13+\dfrac23=1\), ou \(1\text{,}5+2\text{,}5=4\), ou \(\dfrac12+\dfrac12=1\) conviennent.

Erreur fréquente : vérifier sur un exemple où l'affirmation marche (\(\dfrac12+\dfrac13=\dfrac56\)) et conclure « vrai ». Un exemple qui marche ne prouve rien ; un contre-exemple suffit à réfuter.

2

Deux droites sécantes en A : sur l'une, les points B puis D à partir de A ; sur l'autre, les points C puis E à partir de A. Les droites (BC) et (DE) sont tracées. Figure non à l'échelle.

Corrigé

Les points A, B, D d'une part, A, C, E d'autre part, sont alignés dans le même ordre. \(\text{AD}=\text{AB}+\text{BD}=5+15=20\) cm.

\(\dfrac{\text{AB}}{\text{AD}}=\dfrac{5}{20}=\dfrac14\) et \(\dfrac{\text{AC}}{\text{AE}}=\dfrac{7}{21}=\dfrac13\).

\(\dfrac14\neq\dfrac13\) : d'après la contraposée du théorème de Thalès, les droites (BC) et (DE) ne sont pas parallèles. L'affirmation est fausse.

Pour comprendre en détail

Méthode

Avec deux droites sécantes en A, B et D sur l'une, C et E sur l'autre, on compare les rapports \(\dfrac{\text{AB}}{\text{AD}}\) et \(\dfrac{\text{AC}}{\text{AE}}\) :

  • s'ils sont égaux (et les points alignés dans le même ordre), la réciproque de Thalès donne le parallélisme ;
  • s'ils sont différents, la contraposée de Thalès prouve que les droites ne sont pas parallèles (si elles l'étaient, les rapports seraient égaux).
Piège : utiliser \(\dfrac{\text{AB}}{\text{BD}}=\dfrac{5}{15}=\dfrac13\) et conclure que c'est égal à \(\dfrac{\text{AC}}{\text{AE}}=\dfrac13\). C'est faux : le rapport du théorème fait intervenir la longueur \(\text{AD}\) (de A au point D), pas le segment \([\text{BD}]\).

Vérification : si (BC) et (DE) étaient parallèles, on aurait \(\text{AE}=4\times\text{AC}=28\) cm, pas \(21\) cm.

3

Corrigé

Avec \(n\) le nombre choisi : \(\text{Etape1}=(n+2)^2\), \(\text{Etape2}=(n-2)^2\).

\(\text{Résultat}=(n+2)^2-(n-2)^2=(n^2+4n+4)-(n^2-4n+4)=8n\).

\(8n\) est un multiple de \(8\) pour tout entier \(n\) : l'affirmation est vraie.

Pour comprendre en détail

Méthode

Pour prouver une propriété valable pour tout entier, on ne teste pas des valeurs : on raisonne avec une lettre \(n\).

Dans la soustraction, les termes en \(n^2\) et le terme \(4\) s'annulent : il ne reste que les termes en \(n\).

Autre rédaction : identité remarquable \(a^2-b^2=(a-b)(a+b)\) avec \(a=n+2\), \(b=n-2\) : \((4)(2n)=8n\).

Test : \(n=5\) donne \(49-9=40=8\times5\) ✔ ; \(n=0\) donne \(4-4=0=8\times0\), multiple de \(8\) ✔ ; \(n=-3\) donne \(1-25=-24=8\times(-3)\) ✔.

Attention : tester quelques valeurs (par exemple \(n=1,2,3\)) n'est pas une preuve ; seul le calcul littéral établit la propriété pour tous les entiers.

📘 Revoir la méthode : fiches Calcul littéral et équations · Nombres et arithmétique dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 3 – Cercle, périmètre, aires (5 points)Voir le corrigé ↓

Un enseignant évoque le siège d'Alésia mis en place par Jules César et ses légionnaires romains afin d'encercler Vercingétorix et ses troupes gauloises. Pour faire le lien avec cette situation historique, cet enseignant propose deux situations décrites dans les deux parties suivantes.

Partie A

Durant ce siège, les Romains ont construit deux palissades circulaires entourant Alésia. Elles sont assimilables à deux cercles concentriques \(\mathcal{C}_1\) et \(\mathcal{C}_2\) représentés ci-dessous :

Deux cercles de même centre, C1 à l'intérieur et C2 à l'extérieur. Le centre est dans la zone nommée Alésia. Un rayon de C1 est marqué 2,5 km et un rayon de C2 est marqué 3,4 km.

\(\mathcal{C}_1\) est un cercle de rayon \(2\text{,}5\) km. \(\mathcal{C}_2\) est un cercle de rayon \(3\text{,}4\) km.

A.1
Montrer que la longueur de la palissade \(\mathcal{C}_1\) est environ égale à \(15\text{,}7\) km.
A.2
En une journée, les Romains construisaient \(650\) m de palissade. Combien de jours ont été nécessaires pour achever la construction de la palissade \(\mathcal{C}_1\) ? On donnera la réponse sous la forme d'un nombre entier.
A.3
Lors du siège d'Alésia, les Romains étaient positionnés entre les deux palissades \(\mathcal{C}_1\) et \(\mathcal{C}_2\). Calculer l'aire de la surface qu'ils pouvaient occuper. Donner une valeur arrondie au km\(^2\).

Partie B

Vercingétorix aurait été accompagné de \(70\text{ }512\) soldats répartis en \(62\text{ }426\) fantassins et \(8\text{ }086\) cavaliers.

Pour attaquer la palissade \(\mathcal{C}_1\), une stratégie envisageable aurait été de positionner les soldats en plusieurs troupes de sorte que :

B.1
Décomposer \(62\text{ }426\) en produit de facteurs premiers.
B.2
Une décomposition en produit de facteurs premiers de \(8\text{ }086\) est \(2\times13\times311\). En déduire la liste des diviseurs communs à \(62\text{ }426\) et \(8\text{ }086\).
B.3
Déterminer le nombre maximal de troupes qui auraient pu être composées. Dans ce cas, combien y aurait-il eu de fantassins et de cavaliers dans chaque troupe ? Justifier.
Voir le corrigé de l'exercice 3

A.1

Deux cercles de même centre, C1 à l'intérieur et C2 à l'extérieur. Le centre est dans la zone nommée Alésia. Un rayon de C1 est marqué 2,5 km et un rayon de C2 est marqué 3,4 km.

Corrigé

\(L=2\pi\times2\text{,}5=5\pi\approx15\text{,}708\) km, soit environ \(15\text{,}7\) km.

Pour comprendre en détail

Rappel

Périmètre d'un cercle de rayon \(r\) : \(2\pi r\) (ou \(\pi d\) avec \(d=2r\) le diamètre).

Ici \(r=2\text{,}5\) km, donc \(L=2\times\pi\times2\text{,}5=5\pi\). Avec la touche \(\pi\) de la calculatrice : \(5\pi=15\text{,}7079\ldots\) ; arrondi au dixième : \(15\text{,}7\) km. Avec \(\pi\approx3\text{,}14\) : \(5\times3\text{,}14=15\text{,}7\) ✔.

Attention : c'est le rayon qui est donné ; ne pas utiliser la formule \(\pi\times r^2\), qui est celle d'une aire.

A.2

Corrigé

La longueur de la palissade est \(5\pi\) km \(\approx15\text{ }708\) m (\(15\text{ }700\) m avec la valeur arrondie) ; \(\dfrac{15\text{ }708}{650}\approx24\text{,}2\).

Au bout de \(24\) jours, la palissade n'est pas terminée : il faut \(25\) jours.

Pour comprendre en détail

Méthode

Le nombre de jours est le quotient de la longueur totale par la longueur construite chaque jour, en gardant la même unité : \(5\pi\) km \(\approx15\text{ }708\) m, et \(15\text{ }708\div650\approx24\text{,}17\) (avec la valeur arrondie \(15\text{,}7\) km \(=15\text{ }700\) m : \(24\text{,}15\)).

Après \(24\) jours : \(24\times650=15\text{ }600\) m, il manque encore plus de \(100\) m. Le \(25^{\text{e}}\) jour permet de finir : \(25\times650=16\text{ }250\) m \(\geqslant15\text{ }708\) m.

Arrondi : ici on arrondit à l'entier supérieur, pas à l'entier le plus proche. \(24\text{,}17\) s'arrondirait à \(24\), mais \(24\) jours ne suffisent pas.

A.3

Corrigé

\(\mathcal{A}=\pi\times3\text{,}4^2-\pi\times2\text{,}5^2=\pi\,(11\text{,}56-6\text{,}25)=5\text{,}31\,\pi\approx16\text{,}68\) km\(^2\).

Les Romains pouvaient occuper environ \(17\) km\(^2\).

Pour comprendre en détail

Méthode

La surface entre deux cercles concentriques (une « couronne ») a pour aire : aire du disque extérieur \(-\) aire du disque intérieur.

  • Disque de rayon \(3\text{,}4\) : \(\pi\times3\text{,}4^2=11\text{,}56\,\pi\approx36\text{,}32\) km\(^2\).
  • Disque de rayon \(2\text{,}5\) : \(\pi\times2\text{,}5^2=6\text{,}25\,\pi\approx19\text{,}63\) km\(^2\).
  • Différence : \(36\text{,}32-19\text{,}63\approx16\text{,}68\) km\(^2\), soit \(17\) km\(^2\) au km\(^2\) près.

On factorise pour limiter les erreurs d'arrondi : \(\pi(3\text{,}4^2-2\text{,}5^2)=5\text{,}31\,\pi\).

Erreur fréquente : calculer \(\pi\times(3\text{,}4-2\text{,}5)^2=\pi\times0\text{,}9^2\approx2\text{,}5\) km\(^2\) : on ne soustrait pas les rayons avant de les élever au carré.

B.1

Corrigé

\(62\text{ }426=2\times31\text{ }213\) ; \(31\text{ }213=7\times4\text{ }459\) ; \(4\text{ }459=7\times637\) ; \(637=7\times91\) ; \(91=7\times13\).

\(62\text{ }426=\) \(2\times7^4\times13\).

Pour comprendre en détail

Méthode : divisions successives par des nombres premiers
NombreDiviseur premierQuotient
\(62\text{ }426\)\(2\) (il est pair)\(31\text{ }213\)
\(31\text{ }213\)\(7\)\(4\text{ }459\)
\(4\text{ }459\)\(7\)\(637\)
\(637\)\(7\)\(91\)
\(91\)\(7\)\(13\)
\(13\)\(13\)\(1\)

On a écarté \(3\) (somme des chiffres de \(31\text{ }213\) : \(1+0+\ldots=10\), non multiple de \(3\)) et \(5\) (ne finit ni par \(0\) ni par \(5\)) ; on teste ensuite \(7\), qui divise \(31\text{ }213\).

Vérification : \(7^4=2\text{ }401\) ; \(2\times2\text{ }401\times13=4\text{ }802\times13=62\text{ }426\) ✔.

B.2

Corrigé

\(62\text{ }426=2\times7^4\times13\) et \(8\text{ }086=2\times13\times311\). Les facteurs communs sont \(2\) et \(13\) (chacun à la puissance \(1\)).

Le plus grand diviseur commun est \(2\times13=26\) et les diviseurs communs sont les diviseurs de \(26\) : \(1\ ;\ 2\ ;\ 13\ ;\ 26\).

Pour comprendre en détail

Méthode

Tout diviseur commun de deux nombres divise leur PGCD, et le PGCD s'obtient en gardant les facteurs premiers communs au plus petit exposant : ici \(2^1\times13^1=26\).

Les diviseurs de \(26=2\times13\) s'obtiennent en combinant ses facteurs : \(1\), \(2\), \(13\), \(2\times13=26\).

Remarque : \(7\) divise \(62\text{ }426\) mais pas \(8\text{ }086\) (\(8\text{ }086=7\times1\text{ }155+1\)) ; \(311\) divise \(8\text{ }086\) mais pas \(62\text{ }426\). Ils ne sont donc pas dans la liste.

B.3

Corrigé

Le nombre de troupes divise \(62\text{ }426\) et \(8\text{ }086\) : c'est un diviseur commun. Le maximum est donc \(\text{PGCD}=26\) : \(26\) troupes.

Fantassins par troupe : \(62\text{ }426\div26=\) \(2\text{ }401\). Cavaliers par troupe : \(8\text{ }086\div26=\) \(311\).

Pour comprendre en détail

Vérification : \(26\times2\text{ }712=70\text{ }512\) ✔ (nombre total de soldats, avec \(2\text{ }712=2\text{ }401+311\)).

📘 Revoir la méthode : fiches Nombres et arithmétique · Géométrie dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 4 – Probabilités, dénombrement, fractions (3,5 points)Voir le corrigé ↓

Une enseignante propose un jeu avec différents types de dés équilibrés :

Trois dés : un dé à six faces indiquant le nombre 1, un dé à huit faces indiquant le nombre 7, un dé à quatre faces indiquant le nombre 3.

Chaque joueur lance deux dés et additionne les deux nombres indiqués. Soan lance les deux dés à six faces. Thaïs lance le dé à quatre faces et le dé à huit faces. Dans chacune des expériences aléatoires, on s'intéresse à la somme des deux nombres indiqués sur les dés.

1
Quelles sont les sommes possibles pour Soan suite aux lancers des deux dés ?
2
Quelle est la probabilité que Soan obtienne une somme qui soit strictement supérieure à \(10\) ? Donner la réponse sous la forme d'une fraction irréductible.
3
Quelle est la probabilité que Thaïs obtienne une somme qui soit un multiple de \(3\) ? Donner la réponse sous la forme d'une fraction irréductible.
4
Soan dit « J'ai plus de chance d'obtenir une somme égale à \(8\) que Thaïs ». A-t-il raison ?
Voir le corrigé de l'exercice 4

1

Corrigé

Plus petite somme : \(1+1=2\). Plus grande : \(6+6=12\).

Les sommes possibles sont tous les entiers de \(2\) à \(12\) : \(2\,;3\,;4\,;5\,;6\,;7\,;8\,;9\,;10\,;11\,;12\).

Pour comprendre en détail

Tableau des sommes (Soan)
1er dé \ 2e dé123456
1234567
2345678
3456789
45678910
567891011
6789101112

Ce tableau, utile pour les questions suivantes, contient \(6\times6=36\) cases équiprobables.

2

Corrigé

Les issues favorables sont : \((5\,;6)\), \((6\,;5)\) pour la somme \(11\) et \((6\,;6)\) pour la somme \(12\), soit \(3\) issues sur \(36\).

\(P=\dfrac{3}{36}=\) \(\dfrac{1}{12}\).

Pour comprendre en détail

Méthode

Les \(36\) couples \((a\,;b)\) sont équiprobables ; on compte ceux qui conviennent : somme \(11\) : \((5\,;6)\) et \((6\,;5)\) ; somme \(12\) : \((6\,;6)\).

\(P=\dfrac{\text{issues favorables}}{\text{issues possibles}}=\dfrac{3}{36}=\dfrac{3\times1}{3\times12}=\dfrac1{12}\).

Erreurs fréquentes : compter une seule issue pour la somme \(11\) (les couples \((5\,;6)\) et \((6\,;5)\) sont différents) ; prendre \(11\) comme nombre d'issues possibles (les sommes de \(2\) à \(12\) ne sont pas équiprobables) ; oublier de simplifier.

3

Corrigé

Il y a \(4\times8=32\) issues équiprobables. Somme \(=3\) : \(2\) couples ; somme \(=6\) : \(4\) ; somme \(=9\) : \(4\) ; somme \(=12\) : \(1\).

Total favorable : \(2+4+4+1=11\). \(P=\) \(\dfrac{11}{32}\) (fraction irréductible).

Pour comprendre en détail

Tableau des sommes (Thaïs) : dé à 4 faces en ligne, dé à 8 faces en colonne
4 faces \ 8 faces12345678
123456789
2345678910
34567891011
456789101112

Cases en gras : \(2+4+4+1=11\) multiples de \(3\) sur \(32\) cases.

\(11\) est premier et ne divise pas \(32\) : la fraction \(\dfrac{11}{32}\) est irréductible.

Attention : le nombre d'issues est \(4\times8=32\), pas \(12\) (\(4+8\)) ni \(10\).

4

Corrigé

Soan : somme \(8\) avec \((2\,;6),(3\,;5),(4\,;4),(5\,;3),(6\,;2)\) : \(\dfrac{5}{36}\).

Thaïs : somme \(8\) avec \((1\,;7),(2\,;6),(3\,;5),(4\,;4)\) : \(\dfrac{4}{32}=\dfrac18\).

\(\dfrac{5}{36}=\dfrac{10}{72}\) et \(\dfrac18=\dfrac{9}{72}\) : \(\dfrac5{36}>\dfrac18\). Soan a raison.

Pour comprendre en détail

Méthode

Les deux expériences n'ont pas le même nombre d'issues (\(36\) et \(32\)) : il faut comparer des probabilités (des fractions), pas des nombres d'issues (\(5\) contre \(4\)).

  • Soan : \(\dfrac{5}{36}\approx0\text{,}139\).
  • Thaïs : \(\dfrac{4}{32}=\dfrac18=0\text{,}125\).

Le dénominateur commun \(72\) est le \(\text{PPCM}(36,8)\). Autre vérification : produits en croix, \(5\times8=40>36=4\times9\) ✔. L'écart est faible mais réel.

S'entraîner sur le même thèmeNombres et arithmétique →Probabilités →

📘 Revoir la méthode : fiches Nombres et arithmétique · Probabilités dans Les fiches magiques CRPE →

Exercice 5 – Volumes, cubes, conversion (5,5 points)Voir le corrigé ↓

Une enseignante de CM2 utilise des cubes d'arête \(1\) cm, qui sont appelés cubes unités, dans les deux situations de cet exercice. Les deux situations sont indépendantes.

Situation A

Les solides représentés ci-dessous sont constitués de cubes unités empilés les uns au-dessus des autres.

Trois solides en perspective faits de cubes unités. Solide A : un empilement en forme de L : un mur de 3 cubes de long, 1 de large et 5 de haut, et, devant ce mur, un bloc de 3 cubes de long, 2 de large et 2 de haut ; au total le solide occupe un carré de 3 sur 3 à sa base. Solide B : une longue rangée de 9 colonnes sur 2 de profondeur, de hauteur 1 aux extrémités, avec dans la rangée du fond des colonnes de hauteurs 1, 2, 3, 3, 3, 3, 1, 1, 1. Solide C : une pyramide à degrés avec 5 couches carrées de côtés 5, 4, 3, 2 et 1 cubes.
Solide A · Solide B · Solide C
1
Déterminer le volume du solide A en cm\(^3\).
2
Comparer les volumes des solides A, B et C.
3
On considère que la structure du solide C n'est pas modifiable. Quel nombre minimal de cubes unités faut-il ajouter au solide C pour le compléter et former un cube, que l'on appelle solide D ?
4
Combien faut-il de solides D pour former un cube dont le volume est un litre ?

Situation B

Les cubes sont utilisés pour un travail autour des motifs réguliers qui prennent la forme suivante.

Photographie de trois motifs en cubes blancs. Étape 1 : 2 cubes côte à côte. Étape 2 : un carré de 2 sur 2 cubes avec 1 cube à droite, soit 5 cubes. Étape 3 : un carré de 3 sur 3 cubes avec 1 cube à droite en haut, soit 10 cubes.

Il y a deux cubes à l'étape n°1. Il y a cinq cubes à l'étape n°2. Il y a dix cubes à l'étape n°3.

1
De combien de cubes aura-t-on besoin pour former le motif à l'étape n°\(4\) ?
2
De combien de cubes aura-t-on besoin pour former le motif à l'étape n°\(50\) ?
3
Quel est le numéro de l'étape pour laquelle il y a \(626\) cubes ? Justifier.
4
Peut-on avoir \(172\) cubes dans un motif ? Justifier.
Voir le corrigé de l'exercice 5

1

Trois solides en perspective faits de cubes unités. Solide A : un empilement en forme de L : un mur de 3 cubes de long, 1 de large et 5 de haut, et, devant ce mur, un bloc de 3 cubes de long, 2 de large et 2 de haut ; au total le solide occupe un carré de 3 sur 3 à sa base. Solide B : une longue rangée de 9 colonnes sur 2 de profondeur, de hauteur 1 aux extrémités, avec dans la rangée du fond des colonnes de hauteurs 1, 2, 3, 3, 3, 3, 1, 1, 1. Solide C : une pyramide à degrés avec 5 couches carrées de côtés 5, 4, 3, 2 et 1 cubes.
Solide A · Solide B · Solide C

Corrigé

Le solide A se décompose en un bloc bas de \(3\times3\times2=18\) cubes (le mur y compris pour ses deux premières couches) et, au-dessus, la partie haute du mur de \(1\times3\times3=9\) cubes.

\(V_A=18+9=\) \(27\) cm\(^3\).

Pour comprendre en détail

Méthode : compter par couches

Les deux couches du bas forment un carré complet de \(3\times3\) ; au-dessus, il ne reste que le mur, avec \(3\) cubes par couche.

Autre décomposition : le mur de \(1\times3\times5=15\) cubes et le bloc devant, \(2\times3\times2=12\) cubes : \(15+12=27\) ✔.

À retenir : un cube unité d'arête \(1\) cm a pour volume \(1\) cm\(^3\) ; le volume d'un empilement est donc son nombre de cubes. On n'oublie pas les cubes cachés derrière ou dessous (ici, ceux du bloc bas derrière le mur).

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Corrigé

Solide B : \(2\) rangées de \(9\) cubes sur la première couche, donc \(18\), auxquels s'ajoutent, sur la rangée du fond, \(0+1+2+2+2+2+0+0+0=9\) cubes : \(V_B=27\) cm\(^3\).

Solide C (pyramide) : \(5^2+4^2+3^2+2^2+1^2=25+16+9+4+1=55\) : \(V_C=55\) cm\(^3\).

\(V_A=V_B=27\) cm\(^3\) et \(V_C=55\) cm\(^3\) : A et B ont le même volume, et C a un volume plus grand (un peu plus du double).

Pour comprendre en détail

Autre comptage du solide B : \(9\) colonnes de \(2\) cubes en profondeur, soit \(9\) cubes sur la rangée de devant (hauteur \(1\)) et \(18\) sur celle du fond : \(9+18=27\).

Deux solides de formes très différentes (A et B) peuvent donc avoir le même volume : le volume ne dépend que du nombre de cubes, pas de leur disposition.

3

Corrigé

La base de C est un carré de \(5\times5\) et sa hauteur est \(5\) cubes : le plus petit cube qui le contient a pour arête \(5\) cm.

Volume de ce cube : \(5^3=125\) cm\(^3\). Il faut ajouter \(125-55=\) \(70\) cubes.

Pour comprendre en détail

Méthode

Le solide D est un cube qui contient C sans le modifier. Le plus petit possible a pour arête \(5\) (c'est la dimension de la base et la hauteur de C) : \(5\times5\times5=125\) cubes unités.

Cubes à ajouter : \(125-55=70\). On peut le vérifier par couches : \((25-25)+(25-16)+(25-9)+(25-4)+(25-1)=0+9+16+21+24=70\) ✔.

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Corrigé

\(1\) L \(=1\) dm\(^3=1\text{ }000\) cm\(^3\), donc un cube de \(10\) cm d'arête.

Le solide D est un cube de \(5\) cm d'arête : sur chaque arête du grand cube on place \(10\div5=2\) solides D.

Nombre de solides D : \(2\times2\times2=8\), ou \(\dfrac{1\text{ }000}{125}=\) \(8\) solides D.

Pour comprendre en détail

Cohérence géométrique : un cube d'arête \(10\) cm contient \(2\) cubes d'arête \(5\) cm sur chaque arête, soit \(2^3=8\) cubes.

Erreur fréquente : penser que « deux fois plus long » donne « deux fois plus de volume ». Doubler l'arête multiplie le volume par \(2^3=8\).

1

Photographie de trois motifs en cubes blancs. Étape 1 : 2 cubes côte à côte. Étape 2 : un carré de 2 sur 2 cubes avec 1 cube à droite, soit 5 cubes. Étape 3 : un carré de 3 sur 3 cubes avec 1 cube à droite en haut, soit 10 cubes.

Corrigé

À l'étape \(n\), le motif est un carré de \(n\times n\) cubes plus \(1\) cube : \(n^2+1\).

Étape \(4\) : \(4^2+1=\) \(17\) cubes.

Pour comprendre en détail

Repérer la régularité
ÉtapeCarréCube en plusTotal
1\(1^2=1\)12
2\(2^2=4\)15
3\(3^2=9\)110
4\(4^2=16\)117

Les nombres \(2,5,10,17\ldots\) sont les carrés parfaits augmentés de \(1\).

Autre point de vue : les écarts entre les termes sont \(3,5,7,\ldots\) (nombres impairs successifs), donc après \(10\) on ajoute \(7\) : \(17\) ✔.

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Corrigé

\(50^2+1=2\text{ }500+1=\) \(2\text{ }501\) cubes.

Pour comprendre en détail

Pourquoi la formule ?

Dessiner ou compter jusqu'à l'étape \(50\) serait long : on généralise. À l'étape \(n\), il y a \(n\) lignes de \(n\) cubes, plus un cube. Pour \(n=50\) : \(50\times50+1=2\text{ }501\).

3

Corrigé

On cherche \(n\) tel que \(n^2+1=626\), c'est-à-dire \(n^2=625\).

\(625=25^2\) et \(n>0\) : \(n=25\). C'est l'étape n°\(25\).

Pour comprendre en détail

À retenir : \(25^2=625\). Savoir reconnaître rapidement les carrés usuels (\(15^2=225\), \(20^2=400\), \(25^2=625\)) fait gagner du temps.

4

Corrigé

On aurait \(n^2+1=172\), soit \(n^2=171\). Or \(13^2=169\lt171\lt196=14^2\) : \(171\) n'est pas le carré d'un entier.

Il n'existe donc pas d'entier \(n\) convenable : non, on ne peut pas avoir \(172\) cubes dans un motif.

Pour comprendre en détail

Avec la calculatrice : \(\sqrt{171}\approx13\text{,}08\), qui n'est pas entier.

Étapes voisines : \(13^2+1=170\) cubes et \(14^2+1=197\) cubes : on « saute » \(172\).

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