Chapitre 03 · Quatrième

Puissances et Notation Scientifique

Calculs avec les puissances et écriture scientifique

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Travailler Puissances et Notation Scientifique en Quatrième

Ce chapitre de puissances et notation scientifique en 4ème te demande à la fois de comprendre la méthode et de savoir l’utiliser sur des exercices variés. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir le bon résultat, mais de reconnaître rapidement la bonne démarche.

Prérequis

  • Reprendre les bases de 4ème liées à puissances et notation scientifique.
  • Refaire un exercice facile avant de viser les questions de synthèse.

Compétences à maîtriser

  • Maîtriser les méthodes essentielles de puissances et notation scientifique.
  • Rédiger une solution propre et exploiter la correction pour progresser.

Erreurs fréquentes

  • Chercher à aller trop vite au lieu de poser clairement les étapes.
  • Lire la correction sans refaire l’exercice ensuite seul.

En contrôle ou en examen : Ce chapitre sert surtout à consolider des automatismes et à préparer les exercices plus transversaux du niveau.

1Facile

Règles de calcul sur les puissances

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Énoncé

Simplifier les expressions suivantes (sans calculatrice) :
1. A=23×25A = 2^3 \times 2^5
2. B=3734B = \dfrac{3^7}{3^4}
3. C=(52)3C = (5^2)^3

Correction détaillée

01

Produit de puissances de même base

A=23×25=23+5=28=256A = 2^3 \times 2^5 = 2^{3+5} = 2^8 = 256
02

Quotient de puissances de même base

B=3734=374=33=27B = \frac{3^7}{3^4} = 3^{7-4} = 3^3 = 27
03

Puissance d'une puissance

C=(52)3=52×3=56=15 625C = (5^2)^3 = 5^{2 \times 3} = 5^6 = 15\ 625
2Intermédiaire

Notation scientifique

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Énoncé

1. Écrire en notation scientifique : 0,000 0470{,}000\ 047 et 3 560 0003\ 560\ 000.
2. Calculer A=(2,4×105)×(3×102)A = (2{,}4 \times 10^5) \times (3 \times 10^{-2}) en notation scientifique.

Correction détaillée

01

Conversion en notation scientifique

0,000 047=4,7×1050{,}000\ 047 = 4{,}7 \times 10^{-5} (on déplace la virgule de 5 rangs vers la droite).
3 560 000=3,56×1063\ 560\ 000 = 3{,}56 \times 10^6 (on déplace la virgule de 6 rangs vers la gauche).
02

Calcul de $A$

A=(2,4×3)×(105×102)=7,2×105+(2)=7,2×103A = (2{,}4 \times 3) \times (10^5 \times 10^{-2}) = 7{,}2 \times 10^{5+(-2)} = 7{,}2 \times 10^3
03

Vérification

7,2×103=7 2007{,}2 \times 10^3 = 7\ 200. Vérification directe : 240 000×0,03=7 200240\ 000 \times 0{,}03 = 7\ 200
3Intermédiaire

Puissances négatives et fractions

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Énoncé

Simplifier et exprimer avec des puissances positives :
1. A=53×55A = 5^{-3} \times 5^5
2. B=24×2721B = \dfrac{2^4 \times 2^{-7}}{2^{-1}}
3. C=(13)2C = \left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2}

Correction détaillée

01

Rappel : puissance négative

Pour tout nombre a0a \neq 0 et entier n>0n > 0 : an=1ana^{-n} = \dfrac{1}{a^n}
Donc 53=11255^{-3} = \dfrac{1}{125}, 27=11282^{-7} = \dfrac{1}{128}, etc.
02

Calcul de $A$ et $B$

A=53×55=53+5=52=25A = 5^{-3} \times 5^5 = 5^{-3+5} = 5^2 = 25
B=24×2721=24+(7)21=2321=23(1)=22=14B = \frac{2^4 \times 2^{-7}}{2^{-1}} = \frac{2^{4+(-7)}}{2^{-1}} = \frac{2^{-3}}{2^{-1}} = 2^{-3-(-1)} = 2^{-2} = \frac{1}{4}
03

Calcul de $C$

C=(13)2=1(13)2=119=9C = \left(\frac{1}{3}\right)^{-2} = \frac{1}{\left(\frac{1}{3}\right)^2} = \frac{1}{\frac{1}{9}} = 9
Règle : (ab)n=(ba)n\left(\dfrac{a}{b}\right)^{-n} = \left(\dfrac{b}{a}\right)^{n}, donc (13)2=32=9\left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2} = 3^2 = 9
4Difficile

Opérations en notation scientifique

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Énoncé

La distance Terre–Soleil est environ 1,5×10111{,}5 \times 10^{11} m. La lumière voyage à 3×1083 \times 10^8 m/s.
1. Combien de secondes met la lumière pour parcourir cette distance ?
2. Convertir ce résultat en minutes.
3. Exprimer la distance en notation scientifique en km.

Correction détaillée

01

Temps en secondes

On utilise la formule t=dvt = \dfrac{d}{v} :
t=1,5×10113×108=1,53×10118=0,5×103=5×102 st = \frac{1{,}5 \times 10^{11}}{3 \times 10^8} = \frac{1{,}5}{3} \times 10^{11-8} = 0{,}5 \times 10^3 = 5 \times 10^2 \text{ s}
Soit 500500 secondes.
02

Conversion en minutes

t=50060=2538,33 mint = \frac{500}{60} = \frac{25}{3} \approx 8{,}33 \text{ min}
La lumière met environ 8\mathbf{8} minutes 20\mathbf{20} secondes pour aller du Soleil à la Terre.
03

Distance en km

11 m =103= 10^{-3} km, donc :
1,5×1011 m=1,5×1011×103 km=1,5×108 km1{,}5 \times 10^{11} \text{ m} = 1{,}5 \times 10^{11} \times 10^{-3} \text{ km} = 1{,}5 \times 10^{8} \text{ km}
Soit 150 000 000150\ 000\ 000 km (cent cinquante millions de kilomètres).
5Facile

Multiplier des puissances de même base

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Énoncé

Simplifier :
1. 24×232^4 \times 2^3
2. 102×10510^2 \times 10^5
3. 71×727^1 \times 7^2

Correction détaillée

01

Règle

Pour une même base, on additionne les exposants :
am×an=am+na^m \times a^n = a^{m+n}
02

Applications

24×23=27=1282^4 \times 2^3 = 2^7 = 128
102×105=10710^2 \times 10^5 = 10^7
71×72=73=3437^1 \times 7^2 = 7^3 = 343
03

Conclusion

Les résultats sont 128\boxed{128}, 107\boxed{10^7} et 343\boxed{343}.
6Facile

Diviser des puissances

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Énoncé

Simplifier :
1. 56÷525^6 \div 5^2
2. 108÷10310^8 \div 10^3
3. 34÷33^4 \div 3

Correction détaillée

01

Règle

Pour une même base, on soustrait les exposants :
am÷an=amna^m \div a^n = a^{m-n}
02

Calculs

56÷52=54=6255^6 \div 5^2 = 5^4 = 625
108÷103=10510^8 \div 10^3 = 10^5
34÷3=34÷31=33=273^4 \div 3 = 3^4 \div 3^1 = 3^3 = 27
03

Résultats

On obtient 625\boxed{625}, 105\boxed{10^5} et 27\boxed{27}.
7Intermédiaire

Puissance d'une puissance

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Énoncé

Simplifier :
1. (23)4(2^3)^4
2. (102)3(10^2)^3
3. (32)2(3^2)^2

Correction détaillée

01

Règle

Quand on élève une puissance à une autre puissance, on multiplie les exposants :
(am)n=amn\left(a^m\right)^n = a^{mn}
02

Applications

(23)4=212=4 096(2^3)^4 = 2^{12} = 4\ 096
(102)3=106(10^2)^3 = 10^6
(32)2=34=81(3^2)^2 = 3^4 = 81
03

Bilan

Les puissances permettent d'écrire de grands produits de façon compacte.
8Intermédiaire

Écriture décimale et scientifique

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Énoncé

Écrire en notation scientifique :
1. 45 00045\ 000
2. 0,000 820{,}000\ 82
3. 7 230 0007\ 230\ 000

Correction détaillée

01

Principe

En notation scientifique, un nombre s'écrit sous la forme a×10na \times 10^n avec 1a<101 \leq a < 10.
02

Conversions

45 000=4,5×10445\ 000 = 4{,}5 \times 10^4
0,000 82=8,2×1040{,}000\ 82 = 8{,}2 \times 10^{-4}
7 230 000=7,23×1067\ 230\ 000 = 7{,}23 \times 10^6
03

Sens du déplacement

Si la virgule se déplace vers la gauche, l'exposant est positif. Si elle se déplace vers la droite, l'exposant est négatif.
9Intermédiaire

Revenir à l'écriture usuelle

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Énoncé

Écrire sous forme décimale :
1. 3,2×1043{,}2 \times 10^4
2. 6,5×1036{,}5 \times 10^{-3}
3. 9,01×1029{,}01 \times 10^2

Correction détaillée

01

Règle

10410^4 décale la virgule de 4 rangs vers la droite ; 10310^{-3} de 3 rangs vers la gauche.
02

Applications

3,2×104=32 0003{,}2 \times 10^4 = 32\ 000
6,5×103=0,00656{,}5 \times 10^{-3} = 0{,}0065
9,01×102=9019{,}01 \times 10^2 = 901
03

Conclusion

Les écritures scientifique et décimale représentent exactement le même nombre.
10Intermédiaire

Calculer avec des puissances de 10

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Énoncé

Calculer :
1. (4×103)(2×102)(4 \times 10^3)(2 \times 10^2)
2. 8×1074×103\dfrac{8 \times 10^7}{4 \times 10^3}

Correction détaillée

01

Produit

(4×103)(2×102)=8×103+2=8×105(4 \times 10^3)(2 \times 10^2)=8 \times 10^{3+2}=8 \times 10^5
02

Quotient

8×1074×103=84×1073=2×104\frac{8 \times 10^7}{4 \times 10^3}=\frac{8}{4} \times 10^{7-3}=2 \times 10^4
03

Résultats

On obtient 8×105\boxed{8 \times 10^5} et 2×104\boxed{2 \times 10^4}.
11Intermédiaire

Puissances négatives

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Énoncé

Écrire avec des exposants positifs :
1. 10410^{-4}
2. 232^{-3}
3. 5255\dfrac{5^2}{5^5}

Correction détaillée

01

Rappel

an=1ana^{-n}=\frac{1}{a^n}
02

Applications

104=1104=0,000110^{-4}=\frac{1}{10^4}=0{,}0001
23=123=182^{-3}=\frac{1}{2^3}=\frac{1}{8}
5255=53=153=1125\frac{5^2}{5^5}=5^{-3}=\frac{1}{5^3}=\frac{1}{125}
03

Idée clé

Un exposant négatif n'indique pas un nombre négatif : il signifie simplement que la puissance se retrouve au dénominateur.
12Difficile

Comparer des ordres de grandeur

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Énoncé

Comparer les nombres suivants sans les écrire en entier :
1. 3×1053 \times 10^5 et 2,9×1062{,}9 \times 10^6
2. 7,2×1037{,}2 \times 10^{-3} et 6,9×1026{,}9 \times 10^{-2}

Correction détaillée

01

Comparer les exposants

Quand les exposants sont différents, l'exposant le plus grand donne généralement le plus grand nombre si les coefficients sont positifs.
02

Première comparaison

10610^6 est 10 fois plus grand que 10510^5, donc
2,9×106>3×1052{,}9 \times 10^6 > 3 \times 10^5
03

Seconde comparaison

10210^{-2} est 10 fois plus grand que 10310^{-3}, donc
6,9×102>7,2×1036{,}9 \times 10^{-2} > 7{,}2 \times 10^{-3}
13Difficile

Masse de cellules

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Énoncé

La masse d'une cellule est d'environ 3×1093 \times 10^{-9} g.
Quelle est la masse de 2×1062 \times 10^6 cellules ? Donner le résultat en notation scientifique.

Correction détaillée

01

Mise en produit

(3×109)×(2×106)(3 \times 10^{-9}) \times (2 \times 10^6)
02

Calcul

3×2=63 \times 2 = 6
109×106=10310^{-9} \times 10^6 = 10^{-3}
Donc la masse totale vaut :
6×103 g6 \times 10^{-3} \text{ g}
03

Interprétation

6×103 g=0,006 g6 \times 10^{-3} \text{ g}=0{,}006 \text{ g}
La masse reste très petite malgré le grand nombre de cellules.
14Difficile

Distance en kilomètres

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Énoncé

Une sonde parcourt 4,8×1074{,}8 \times 10^7 m.
1. Exprimer cette distance en kilomètres.
2. Écrire le résultat en écriture décimale.

Correction détaillée

01

Conversion m vers km

11 km =103=10^3 m, donc pour passer des mètres aux kilomètres, on divise par 10310^3 :
4,8×107÷103=4,8×104 km4{,}8 \times 10^7 \div 10^3 = 4{,}8 \times 10^4 \text{ km}
02

Écriture décimale

4,8×104=48 000 km4{,}8 \times 10^4 = 48\ 000 \text{ km}
03

Conclusion

La sonde a parcouru 4,8×104 km\boxed{4{,}8 \times 10^4\text{ km}}, soit 48 000 km\boxed{48\ 000\text{ km}}.
15Difficile

Calcul complet en notation scientifique

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Énoncé

Calculer et donner le résultat en notation scientifique :
A=(6×104)(5×102)3×103A=\frac{(6 \times 10^4)(5 \times 10^{-2})}{3 \times 10^3}

Correction détaillée

01

Numérateur

(6×104)(5×102)=30×102(6 \times 10^4)(5 \times 10^{-2})=30 \times 10^2
02

Division

A=30×1023×103=303×1023=10×101A=\frac{30 \times 10^2}{3 \times 10^3}=\frac{30}{3} \times 10^{2-3}=10 \times 10^{-1}
03

Mise en notation scientifique

10×101=1×100=110 \times 10^{-1}=1 \times 10^0=1
Donc A=1\boxed{A=1}.

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