Un plongeur remonte de m, puis redescend de m : à quelle profondeur se trouve-t-il ? Un commerçant gagne F CFA le matin et perd F CFA l'après-midi : quel est son résultat de la journée ? Depuis la 6e et le début de la 5e, tu sais comparer et placer des nombres relatifs sur une droite graduée. Il est temps maintenant d'apprendre à calculer avec eux : les additionner, les soustraire, simplifier une écriture qui contient plusieurs signes.
La bonne nouvelle, c'est que tu connais déjà tout ce qu'il faut pour comprendre les règles : il suffit d'imaginer des déplacements sur une droite graduée (avancer, reculer) ou des jetons qui représentent des gains et des pertes. Chaque règle que tu vas apprendre a une image simple derrière elle — retiens l'image, et le calcul suivra tout seul.
Dans ce chapitre : la somme de deux relatifs et sa règle des signes, la soustraction (qui se ramène toujours à une addition), la façon de supprimer les parenthèses dans une écriture, le calcul organisé d'une somme algébrique, et enfin des problèmes de variation (température, altitude, solde) où tu utiliseras tout cela.
1Somme de deux relatifs : règle des signes
La valeur absolue d'un nombre relatif , notée , est sa distance à zéro sur une droite graduée. C'est toujours un nombre positif ou nul, et elle « oublie » le signe de .
Grâce à la valeur absolue, on peut énoncer une règle unique pour additionner deux relatifs, selon qu'ils ont le même signe ou des signes différents.
- Même signe : on additionne les valeurs absolues, et on garde le signe commun.
- Signes différents : on soustrait la plus petite valeur absolue à la plus grande, et on garde le signe du nombre qui a la plus grande valeur absolue.
1.1 Additionner deux relatifs de même signe
1) Je regarde si les deux nombres ont le même signe ou des signes différents. 2) J'applique la règle correspondante sur les valeurs absolues. 3) Je n'oublie jamais d'écrire le signe du résultat.
Un vendeur de tissus gagne F CFA le matin, puis gagne encore F CFA l'après-midi (deux gains : même signe).
- même signe : on additionne les valeurs absolues
Il a gagné en tout 6 800 F CFA.
- même signe (−) :
1.2 Additionner deux relatifs de signes différents
- signes différents, : on soustrait, on garde le signe de
- : on garde le signe de
- deux nombres opposés : la somme est toujours nulle
| Cas | Que faire ? | Exemple |
|---|---|---|
| Même signe | On additionne les valeurs absolues, on garde le signe commun | |
| Même signe (−) | Idem, résultat négatif | |
| Signes différents | On soustrait (grande valeur absolue − petite), on garde le signe du plus « fort » | |
| Nombres opposés | Le résultat vaut |
Avec des signes différents, on ne fait jamais ! On soustrait les valeurs absolues. L'erreur la plus fréquente en 5e est d'additionner alors qu'il fallait soustraire (ou l'inverse). Demande-toi toujours d'abord : « même signe, ou signes différents ? »
C'est en Chine ancienne que les nombres négatifs apparaissent pour la première fois avec des règles de calcul claires. Le traité Les Neuf Chapitres sur l'art mathématique (compilé vers ) utilise des bâtonnets de calcul : les bâtonnets rouges représentent les quantités positives (les gains), les bâtonnets noirs les quantités négatives (les dettes). Le mathématicien Liu Hui, qui commente ce texte vers , explique précisément comment additionner ces bâtonnets de couleurs différentes — exactement la règle des signes que tu viens d'apprendre, plus de deux mille ans plus tard !
2Soustraire, c'est ajouter l'opposé
Deux nombres relatifs sont opposés lorsqu'ils ont la même valeur absolue mais des signes contraires. L'opposé de se note .
2.1 La règle de la soustraction
Pour tous nombres relatifs et :
Soustraire un nombre revient à additionner son opposé. Grâce à cette règle, tu n'as plus qu'une seule opération à savoir faire : l'addition de deux relatifs.
Imagine une droite graduée. Ajouter , c'est avancer de . Soustraire , c'est reculer de — exactement le même mouvement que si l'on avançait de , l'opposé de ! Reculer de ou avancer de : c'est le même déplacement, on arrive au même point. C'est pour cela que et donnent toujours le même résultat.
2.2 Calculer une soustraction de relatifs
- soustraire , c'est ajouter son opposé
- opposé de est
Ne confonds pas le signe « − » d'une opération (soustraire) et le signe « − » collé à un nombre (un nombre négatif). Dans , le premier « − » est une opération, le second fait partie du nombre . C'est pour cela qu'on écrit toujours les relatifs entre parenthèses tant que la règle n'est pas bien automatisée.
En , le mathématicien italien Léonard de Pise, surnommé Fibonacci, publie le Liber Abaci, un ouvrage qui introduit en Europe les chiffres et méthodes de calcul venus du monde arabo-musulman. Pour donner un sens concret aux nombres négatifs — encore mal acceptés à l'époque —, Fibonacci les interprète comme des dettes dans des problèmes de comptabilité marchande : gagner de l'argent, c'est additionner ; devoir de l'argent, c'est comme soustraire. C'est exactement l'idée que tu utilises aujourd'hui avec les gains et les pertes !
3Suppression des parenthèses
Maintenant que tu sais que soustraire, c'est ajouter l'opposé, tu peux simplifier n'importe quelle écriture avec parenthèses et retrouver une écriture plus courte, sans parenthèses : une somme algébrique.
- et → deux signes identiques donnent
- et → deux signes différents donnent
| Écriture | Devient | Règle |
|---|---|---|
| signes identiques → | ||
| signes différents → | ||
| signes différents → | ||
| signes identiques → |
Je regarde chaque parenthèse l'une après l'autre : je combine le signe devant la parenthèse avec le signe du nombre à l'intérieur, en utilisant le tableau ci-dessus. J'obtiens alors une somme algébrique, sans aucune parenthèse.
- on supprime les parenthèses signe par signe
- on regroupe les positifs
Le tout premier terme d'une écriture, quand il n'a pas de parenthèse devant lui (par exemple ), garde simplement son signe : il n'y a pas de signe « devant » à combiner. Ne cherche une combinaison de signes que lorsqu'il y a vraiment deux signes côte à côte.
4Somme algébrique
4.1 Qu'est-ce qu'une somme algébrique ?
Une somme algébrique est une écriture de nombres relatifs reliés uniquement par des signes (une fois toutes les parenthèses supprimées). Chaque nombre, avec son signe, s'appelle un terme de la somme.
Par exemple, est une somme algébrique de quatre termes : , , et .
Dans une somme algébrique, on peut changer l'ordre des termes et les regrouper comme on veut : le résultat final ne change pas. C'est ce qui permet de calculer une somme algébrique de façon organisée, plutôt que terme après terme dans l'ordre où ils sont écrits.
4.2 Calculer une somme algébrique organisée
1) Je regroupe tous les termes positifs ensemble, et tous les termes négatifs ensemble. 2) Je calcule la somme des positifs, puis la somme des négatifs (deux additions de même signe, faciles). 3) Il ne reste plus qu'une addition de deux relatifs de signes différents à calculer.
- on regroupe les positifs, puis les négatifs
En regroupant, garde toujours le signe collé à son nombre : dans , le terme est (pas ) et il rejoint le groupe des négatifs. Une erreur de recopiage du signe est la faute la plus fréquente sur ce type de calcul — relis toujours ta ligne avant de passer à la suivante.
5Problèmes de variation
5.1 La variation d'une grandeur
La variation d'une grandeur entre un état initial et un état final est le nombre relatif :
Si la variation est positive, la grandeur a augmenté. Si elle est négative, la grandeur a diminué.
1) Je repère la valeur initiale et la valeur finale. 2) Je calcule (valeur finale) (valeur initiale), en ajoutant l'opposé de la valeur initiale. 3) J'interprète le signe du résultat : hausse ou baisse, et de combien.
À h, le thermomètre affiche . À h, il affiche .
La variation vaut : la température a baissé de 17 °C entre 15 h et 23 h.
Le solde d'un compte est de F CFA (découvert). Après un dépôt, il passe à F CFA.
Le solde a augmenté de 9 000 F CFA.
5.2 Distance entre deux points d'une droite graduée
Si a pour abscisse et a pour abscisse sur une droite graduée, la distance est :
La distance est toujours positive (ou nulle) : contrairement à la variation, elle n'a pas de sens de parcours.
a pour abscisse et a pour abscisse . Comme :
a pour abscisse et a pour abscisse . Comme :
Ne confonds pas variation et distance ! La variation « de vers » peut être négative ( vers donne , mais vers donne : ça dépend du sens). La distance , elle, est toujours positive, quel que soit le sens dans lequel on la lit.
Même bien après les Chinois et Fibonacci, les nombres négatifs restent longtemps suspects en Europe. En , dans La Géométrie, le philosophe et mathématicien français René Descartes appelle encore les solutions négatives d'une équation des « racines fausses » — il les calcule, mais ne leur fait pas pleinement confiance ! Il faudra attendre le siècle pour que les nombres relatifs soient acceptés sans réserve comme des nombres à part entière, aussi légitimes que les nombres positifs.
Fiche mémo
- = distance de à : toujours positive ou nulle.
- Même signe : on additionne les valeurs absolues, on garde le signe commun.
- Signes différents : on soustrait (grande valeur absolue − petite), on garde le signe du plus « fort ».
- Deux nombres opposés ont même valeur absolue, signes contraires ; leur somme vaut .
- : soustraire, c'est ajouter l'opposé.
- ; ; ; .
- Somme algébrique : écriture avec seulement des , après suppression des parenthèses.
- On peut réorganiser librement les termes d'une somme algébrique (regrouper les , regrouper les ).
- Variation = valeur finale valeur initiale (positive = hausse, négative = baisse).
- Distance = plus grand nombre plus petit nombre : toujours positive, sans sens de parcours.
6Exercices corrigés
Calcule (les deux nombres ont le même signe) : a) b) c) d) .
Voir le corrigé détaillé
- a)
- b)
- c)
- d)
Calcule (les deux nombres ont des signes différents) : a) b) c) d) e) .
Voir le corrigé détaillé
- a) : signe de
- b)
- c) nombres opposés
- d)
- e)
Donne l'opposé du second nombre, puis calcule : a) b) c) d) .
Voir le corrigé détaillé
- a) opposé de : →
- b) opposé de : →
- c) opposé de : →
- d) opposé de : →
Supprime les parenthèses, puis calcule : a) b) c) .
Voir le corrigé détaillé
- a)
- b)
- c)
Calcule ces sommes algébriques en regroupant les positifs et les négatifs : a) b) .
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Simplifie l'écriture puis calcule : .
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On commence par le contenu du crochet.
Le crochet vaut donc , et on lui applique le signe placé devant.
Calcule la somme algébrique .
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Sur une droite graduée, on place et . 1) Calcule la distance . 2) Calcule la variation pour aller de vers .
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1) Comme :
2) Aller de vers : on calcule (arrivée) (départ), donc .
La distance vaut (toujours positive), et la variation de vers vaut (on recule de ).
Un plongeur se trouve à m (18 m sous la surface). Il remonte de m, puis descend de m, puis remonte encore de m. 1) Calcule sa profondeur finale. 2) A-t-il fini plus haut ou plus bas que son point de départ, et de combien ?
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1) Remonter, c'est ajouter ; descendre, c'est soustraire.
2) Variation totale :
Le plongeur termine à m, soit m plus haut qu'à son départ.
Vrai ou faux ? Justifie chaque réponse. a) Pour tous relatifs et : . b) Pour tous relatifs et : .
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a) Faux, en général. Contre-exemple : alors que ; ces deux résultats sont opposés, pas égaux (sauf si , auquel cas les deux valent ).
b) Vrai. On supprime les parenthèses (signe devant, puis signe ) :
L'opposé d'une somme est bien la somme des opposés.
Trouve le nombre relatif manquant. 1° . 2° . 3° .
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1° Pour isoler , on ajoute l'opposé de de chaque côté, ce qui revient à écrire .
2° De même, .
3° Ici , donc , donc .
Vérification : . ✓
Démontre que, pour tous nombres relatifs et : .
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On part de et on supprime les parenthèses en combinant le signe de devant avec chacun des deux signes intérieurs.
- on réécrit sous forme avant de distribuer le signe
D'où pour tous relatifs et . Cela confirme que et sont toujours des nombres opposés.
Dans un jeu, on lance jetons. Chaque jeton retombe sur la face ou sur la face . Le score total obtenu est . Combien de jetons sont tombés sur chaque face ?
Voir le corrigé détaillé
Notons le nombre de jetons et le nombre de jetons . Il y a jetons en tout, donc . Le score s'écrit .
Donc . Vérification : . ✓ Il y a 2 jetons « +4 » et 3 jetons « −3 ».
Le marché Sandaga (Dakar). Chaque jour, Awa note son résultat (gain ou perte) à son étal de fruits, en F CFA : lundi ; mardi ; mercredi ; jeudi ; vendredi . 1) Calcule le résultat total de la semaine. 2) Awa a-t-elle fait un bénéfice ou une perte ? De combien ?
Voir le corrigé détaillé
Le résultat total est F CFA : Awa a fait un bénéfice de 24 300 F CFA sur la semaine.
Une journée à Abéché (Tchad). À midi, le thermomètre indique . La température baisse de au coucher du soleil, puis baisse encore de durant la nuit. 1) Température au coucher du soleil ? 2) Température minimale de la nuit ? 3) Variation totale entre midi et la nuit ?
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1)
2)
3)
Il fait au coucher du soleil, la nuit, et la température a baissé de 23 °C au total entre midi et la nuit.
Mobile money à Bamako. Le compte de paiement mobile de Moussa affiche F CFA (découvert autorisé). Il reçoit un transfert de F CFA de son frère installé à Abidjan, puis règle son loyer, ce qui retire F CFA, puis reçoit un remboursement de F CFA. 1) Calcule le nouveau solde, étape par étape. 2) Le compte est-il encore en découvert ? Justifie.
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Le solde final est F CFA. Comme ce nombre est positif, le compte n'est plus en découvert.