Cours : Produit et Quotient des Nombres Rationnels ($2^{\text{ème}}$ AC)
Produit et Quotient des Nombres Rationnels
Rappel sur les Signes

Le produit et le quotient de nombres rationnels suivent les mêmes règles de signes que la multiplication et la division des entiers relatifs :

  • Mêmes signes $\implies$ résultat positif.
  • Signes différents $\implies$ résultat négatif.

I. Multiplication (Produit) de nombres rationnels

Modélisation du Produit (Aire)

Considérons un carré de côté 1 (représentant l’unité 1). Hachurez $\frac{2}{3}$ de sa longueur et $\frac{3}{4}$ de sa largeur.

  1. Combien de petites cases l’aire totale contient-elle ? (Dénominateur du produit)
  2. Combien de petites cases sont hachurées deux fois (l’aire du produit) ? (Numérateur du produit)
  3. Quelle est la formule générale pour $\frac{a}{b} \times \frac{c}{d}$ ?
3/4 (Largeur) 2/3 (Longueur) Produit = 6/12
Règle du Produit

Le produit de deux nombres rationnels est un nombre rationnel dont :

  • Le numérateur est le produit des numérateurs.
  • Le dénominateur est le produit des dénominateurs.
$$ \frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{a \times c}{b \times d} $$

I.1 Simplification avant multiplication (Méthode essentielle)

Astuce de Pro : La Simplification Anticipée

Avant d’effectuer le produit, il est **impératif** de chercher à simplifier le numérateur d’une fraction avec le dénominateur de l’autre fraction (ou de la même). Cela permet de manipuler des nombres plus petits et d’obtenir immédiatement un résultat simplifié.

$$ \frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{a \times c}{b \times d} $$

On peut simplifier $a$ avec $b$ ou $d$, et $c$ avec $b$ ou $d$.

Exercice d’application I.1 (Produit)

Calculer les produits suivants et donner le résultat sous forme irréductible :

  1. $P_1 = \frac{4}{9} \times \frac{1}{5}$
  2. $P_2 = \frac{-6}{7} \times \frac{14}{3}$
  3. $P_3 = 8 \times \frac{15}{-12}$
  1. $$ P_1 = \frac{4 \times 1}{9 \times 5} = \frac{4}{45} \quad (\text{Irréductible}) $$
  2. $$ P_2 = – \frac{6 \times 14}{7 \times 3} $$ On simplifie $6$ par $3$ (reste $2$) et $14$ par $7$ (reste $2$). $$ P_2 = – \frac{(2 \times 3) \times (2 \times 7)}{7 \times 3} = – (2 \times 2) = -4 $$
  3. $$ P_3 = \frac{8}{1} \times \frac{15}{-12} = – \frac{8 \times 15}{12} $$ On simplifie $8$ et $12$ par $4$ (reste $2$ et $3$). On simplifie $15$ par $3$ (reste $5$). $$ P_3 = – \frac{(2 \times 4) \times 15}{(3 \times 4)} = – \frac{2 \times 5}{1} = -10 $$

II. Division (Quotient) de nombres rationnels

II.1 Définition de l’Inverse

Inverse d’un Nombre Rationnel

Soit $x$ un nombre rationnel non nul. L’inverse de $x$ est le nombre $x’$ tel que $x \times x’ = 1$.

Si $x = \frac{a}{b}$ (avec $a \neq 0$ et $b \neq 0$), alors son inverse est :

$$ \text{Inverse de } \frac{a}{b} = \frac{b}{a} $$

Exemples :

  • L’inverse de $\frac{2}{5}$ est $\frac{5}{2}$.
  • L’inverse de $-7$ (soit $\frac{-7}{1}$) est $\frac{1}{-7}$ ou $-\frac{1}{7}$.

II.2 Règle du Quotient

Règle du Quotient

Diviser par un nombre rationnel non nul revient à multiplier par son inverse.

Soient $\frac{a}{b}$ et $\frac{c}{d}$ deux nombres rationnels, avec $\frac{c}{d} \neq 0$.

$$ \frac{a}{b} \div \frac{c}{d} = \frac{a}{b} \times \frac{d}{c} = \frac{a \times d}{b \times c} $$
Exercice d’application II.1 (Quotient)

Calculer les quotients suivants et donner le résultat sous forme irréductible :

  1. $Q_1 = \frac{2}{3} \div \frac{5}{7}$
  2. $Q_2 = \frac{9}{-4} \div 3$
  3. $Q_3 = \frac{-14}{15} \div \frac{21}{10}$
  1. $$ Q_1 = \frac{2}{3} \times \frac{7}{5} = \frac{2 \times 7}{3 \times 5} = \frac{14}{15} $$
  2. $Q_2 = \frac{9}{-4} \div \frac{3}{1}$. On inverse $\frac{3}{1}$ et on multiplie. $$ Q_2 = \frac{9}{-4} \times \frac{1}{3} = – \frac{9 \times 1}{4 \times 3} $$ On simplifie $9$ par $3$ (reste $3$). $$ Q_2 = – \frac{3}{4} $$
  3. $$ Q_3 = \frac{-14}{15} \times \frac{10}{21} = – \frac{14 \times 10}{15 \times 21} $$ On simplifie $14$ et $21$ par $7$ (reste $2$ et $3$). On simplifie $10$ et $15$ par $5$ (reste $2$ et $3$). $$ Q_3 = – \frac{(2 \times 7) \times (2 \times 5)}{(3 \times 5) \times (3 \times 7)} = – \frac{2 \times 2}{3 \times 3} = – \frac{4}{9} $$

III. Expressions Combinées (Priorités des Opérations)

Ordre de Priorité (Rappel)

Dans une expression combinant les quatre opérations sur les nombres rationnels, l’ordre de priorité est le suivant :

  1. Calculs entre parenthèses ou au numérateur/dénominateur d’une grande barre de fraction.
  2. Multiplications et Divisions (de gauche à droite).
  3. Additions et Soustractions (de gauche à droite), après avoir réduit au même dénominateur.
Exercices Finaux de Synthèse

Calculer les expressions suivantes et donner le résultat sous forme irréductible :

  1. $E_1 = \frac{1}{2} – \frac{3}{4} \times \frac{8}{9}$
  2. $E_2 = \left( \frac{5}{6} + 1 \right) \div \left( 3 – \frac{1}{3} \right)$
  3. $E_3 = \frac{ \frac{3}{5} \times \frac{1}{2} }{ \frac{2}{3} + \frac{1}{6} }$
Correction des Exercices Finaux

1. Calcul de $E_1$ : (Priorité à la multiplication)

$$ E_1 = \frac{1}{2} – \left( \frac{3}{4} \times \frac{8}{9} \right) = \frac{1}{2} – \left( \frac{3 \times 4 \times 2}{4 \times 3 \times 3} \right) $$ $$ E_1 = \frac{1}{2} – \frac{2}{3} $$ Réduction au même dénominateur $6$ : $$ E_1 = \frac{1 \times 3}{2 \times 3} – \frac{2 \times 2}{3 \times 2} = \frac{3}{6} – \frac{4}{6} = \frac{3-4}{6} = – \frac{1}{6} $$

2. Calcul de $E_2$ : (Priorité aux parenthèses)

$$ E_2 = \left( \frac{5}{6} + \frac{6}{6} \right) \div \left( \frac{9}{3} – \frac{1}{3} \right) $$ Calcul des parenthèses : $$ \text{Parenthèse 1} : \frac{11}{6} $$ $$ \text{Parenthèse 2} : \frac{8}{3} $$ Division (multiplication par l’inverse) : $$ E_2 = \frac{11}{6} \times \frac{3}{8} = \frac{11 \times 3}{2 \times 3 \times 8} $$ Simplification par $3$ : $$ E_2 = \frac{11}{2 \times 8} = \frac{11}{16} $$

3. Calcul de $E_3$ : (Priorité Numérateur / Dénominateur)

Calcul du numérateur $N = \frac{3}{5} \times \frac{1}{2}$: $$ N = \frac{3 \times 1}{5 \times 2} = \frac{3}{10} $$ Calcul du dénominateur $D = \frac{2}{3} + \frac{1}{6}$. Dénominateur commun $6$. $$ D = \frac{2 \times 2}{3 \times 2} + \frac{1}{6} = \frac{4}{6} + \frac{1}{6} = \frac{5}{6} $$ La fraction devient la division : $$ E_3 = \frac{N}{D} = \frac{3}{10} \div \frac{5}{6} = \frac{3}{10} \times \frac{6}{5} $$ Simplification ($10 = 2 \times 5$ et $6 = 2 \times 3$) : $$ E_3 = \frac{3 \times 2 \times 3}{2 \times 5 \times 5} = \frac{3 \times 3}{5 \times 5} = \frac{9}{25} $$