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Mathématiques · 4e · Équations

Résoudre une équation en justifiant chaque étape

Au programme de 4e : Résoudre une équation avec une balance

Environ 15 min

Comprendre

Résoudre une équation permet de trouver une valeur inconnue à partir d’une égalité. On s’en sert pour déterminer, par exemple, un prix, une longueur ou une quantité lorsqu’on connaît des relations entre les données.

La balance de l'équation

3x + 5 = 20 sur la balanceTouche un sachet ou un jeton pour le retirer, ou fais-le glisser jusqu'au bac. Garde la balance en équilibre.

3x + 5 = 20

3x + 5 = 20 : la balance est en équilibre. Chaque sachet contient le même nombre caché de jetons, x.

Le cours

  1. Une équation est une égalité qui contient une inconnue, souvent notée x. Le membre de gauche est l’expression située avant le signe = ; le membre de droite est celle située après. Une solution est une valeur de l’inconnue qui rend cette égalité vraie. Résoudre l’équation, c’est trouver toutes ses solutions.

  2. On représente l’égalité par une balance en équilibre : chaque plateau correspond à un membre. Pour conserver l’équilibre, on ajoute ou on retire la même quantité des deux côtés. De même, on peut multiplier ou diviser les deux membres par un même nombre non nul. Ces transformations sont réversibles : elles conservent exactement les mêmes solutions. La balance aide à comprendre le principe ; les règles de calcul restent valables avec des nombres négatifs, même si on ne les représente pas par des masses ordinaires.

  3. Pour résoudre une équation du premier degré, on commence, si nécessaire, par développer les parenthèses et réduire les expressions dans chaque membre. On rassemble ensuite les termes contenant x dans un membre en soustrayant le même terme aux deux membres. Puis on rassemble les nombres seuls dans l’autre membre, toujours en effectuant la même opération des deux côtés. À chaque étape, on écrit la nouvelle égalité et on précise l’opération effectuée.

  4. On obtient ainsi une égalité de la forme A × x = B, où A et B sont des nombres. Si A est non nul, on divise les deux membres par A : la solution est x = B/A. Cela fonctionne aussi lorsque A est négatif. Attention : on ne divise jamais par zéro. Si les termes contenant x disparaissent, une égalité vraie signifie que tous les nombres sont solutions ; une égalité fausse signifie qu’il n’y a aucune solution.

  5. Pour vérifier une solution, on remplace x par la valeur trouvée dans l’équation de départ, puis on calcule séparément chaque membre. Si les résultats sont égaux, la valeur convient. On termine par une phrase qui donne la solution. Dire seulement qu’un terme « change de côté et change de signe » ne justifie pas la transformation : il faut expliquer quelle même opération a été effectuée sur les deux membres.

Un exempleDes exemples

  • Résous l’équation x + 23 = 61 en justifiant la transformation.

    On soustrait 23 aux deux membres : x + 23 − 23 = 61 − 23. On obtient x = 38. Soustraire la même quantité des deux côtés conserve les solutions, car on peut revenir à l’égalité précédente en ajoutant cette quantité aux deux membres. Vérification : 38 + 23 = 61. La solution est donc 38.

Démonstration et exemple résolu

RegardeImagine une balance à deux plateaux en équilibre : chaque plateau représente un membre de l'équation. Pour garder l'équilibre, ce qu'on ajoute ou retire d'un côté doit aussi être ajouté ou retiré de l'autre. On peut également diviser les deux membres par un même nombre non nul : l'égalité reste vraie.

Résolvons 3x + 5 = 20 en gardant la balance en équilibre à chaque étape : 3x + 5 = 20 → 3x = 15 → x = 5.

  1. 3x = 15À partir de 3x + 5 = 20, soustraire 5 aux deux membres donne 3x = 15 : on retire la même quantité des deux côtés, donc l'égalité est préservée. L'opération peut être annulée en ajoutant 5 aux deux membres : les deux équations ont bien la même solution.
  2. x = 5À partir de 3x = 15, diviser les deux membres par 3 donne x = 5 : on partage chaque côté en trois parts égales. Comme 3 est non nul, on peut revenir en arrière en multipliant les deux membres par 3 : la solution est conservée.

Les erreurs fréquentes

  • Erreur : Applique une opération à un seul membre de l'équation

    Comment l'éviter : Repère l'opération faite d'un côté, puis effectue-la aussi de l'autre pour retrouver l'équilibre.

  • Erreur : Oublie de changer le signe en faisant passer un terme de l'autre côté

    Comment l'éviter : Reprends la ligne précédente et écris l'addition ou la soustraction effectuée aux deux membres avant de simplifier.

  • Erreur : Divise seulement une partie d'un membre (pas tous les termes) par le coefficient

    Comment l'éviter : Place chaque membre entre parenthèses avant de le diviser, puis vérifie que tous ses termes sont concernés.

Voir autrement

La leçon ne passe pas ? Choisis une autre façon de comprendre. Une seule s'ouvre à la fois.

Il te manque peut-être une notion d'avant :Ce nombre est-il solution de l’équation ?Revoir les bases pas à pas

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Résous pas à pas : 2x + 3 = 11.

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2 questions nouvelles, sans aide. Tu vois la correction à la fin.

Retenir

À retenir

  • Une solution rend vraie l’égalité de départ.
  • Ajouter ou soustraire la même expression aux deux membres conserve les solutions.
  • Multiplier ou diviser les deux membres par un même nombre non nul conserve les solutions.
  • Pour isoler x, on rassemble les termes contenant x, puis les nombres seuls.
  • Chaque transformation doit être justifiée par l’opération effectuée sur les deux membres.
  • On vérifie la valeur trouvée dans l’équation de départ.

Les mots de la leçon

Équation
Égalité contenant une ou plusieurs inconnues, dont on cherche les valeurs qui rendent l’égalité vraie.
Inconnue
Nombre dont on cherche la valeur, généralement représenté par une lettre comme x.
Membre
Chacune des deux expressions séparées par le signe = dans une égalité.
Solution
Valeur qui, lorsqu’elle remplace l’inconnue, rend l’égalité vraie.
Équations équivalentes
Équations qui ont exactement les mêmes solutions.
Équation du premier degré à une inconnue
Équation qui, après développement et réduction, peut s’écrire A × x = B, avec A non nul.