Puissances et écriture scientifique

I – Définitions et conventions

Définition 1 : Pour tout nombre $a \neq 0$ et tout entier positif $n$ :

Si $n = 0$ alors $$a^0 = 1$$

Si $n = 1$ alors $$a^1 = a$$

Si $n > 1$ alors $$a^n = \underbrace{a \times a \times \dots \times a}_{n \text{ facteurs } a}$$

Exemples & Vocabulaire :

• $2^3 = 2 \times 2 \times 2 = 8$ (se lit « 2 au cube ») ; $5^2 = 25$ (se lit « 5 au carré »)

• $(-3)^3 = (-3) \times (-3) \times (-3) = -27$ ; $(-3)^4 = 81$

• $2^0 = 1$ ; $(-7)^0 = 1$ ; $\left(\dfrac{4}{7}\right)^0 = 1$

Priorité de l'exposant :

L'exposant est toujours prioritaire sur les multiplications, divisions et additions/soustractions :

$$-2^5 = -(2^5) = -32 \qquad 2 \times 3^2 = 2 \times 9 = 18 \qquad 2 + 3^2 = 2 + 9 = 11$$

Définition 2 (Exposant négatif) : Pour tout nombre $a \neq 0$ et tout entier relatif $n$, $a^{-n}$ est l'inverse de $a^n$ :

$$a^{-n} = \dfrac{1}{a^n}$$

Exemples : $5^{-1} = \dfrac{1}{5} = 0{,}2$ ; $2^{-3} = \dfrac{1}{2^3} = \dfrac{1}{8} = 0{,}125$ ; $\left(\dfrac{3}{7}\right)^{-1} = \dfrac{7}{3}$.

II – Règles de calcul sur les puissances

Propriétés : Pour tous nombres non nuls $a, b$ et entiers relatifs $m, n$ :

Produits

$$a^m \times a^n = a^{m+n}$$

$$a^n \times b^n = (a \times b)^n$$

Quotients

$$\dfrac{a^m}{a^n} = a^{m-n}$$

$$\dfrac{a^n}{b^n} = \left(\dfrac{a}{b}\right)^n$$

Puissance de puissance

$$(a^m)^n = a^{m \times n}$$

Exemples d'application :

• $10^3 \times 10^2 = 10^{3+2} = 10^5$ ; $2^3 \times 5^3 = (2 \times 5)^3 = 10^3 = 1000$

• $\dfrac{7^4}{7^2} = 7^{4-2} = 7^2 = 49$ ; $\dfrac{4^3}{4^{-1}} = 4^{3 - (-1)} = 4^4 = 256$

• $(2^4)^5 = 2^{4 \times 5} = 2^{20}$ ; $(3^{-2})^3 = 3^{-6} = \dfrac{1}{3^6}$

III – Puissances de 10 & Écriture scientifique

Propriété (Puissances de 10) : Pour tout entier positif $n$ :

$$10^n = 1\underbrace{00\dots0}_{n \text{ zéros}} \qquad 10^{-n} = \underbrace{0{,}0\dots0}_{n \text{ zéros au total}}1$$

Définition (Écriture scientifique) : L'écriture scientifique d'un nombre décimal non nul est son unique écriture sous la forme :

$$a \times 10^n \quad \text{avec } 1 \leqslant |a| < 10 \text{ et } n \in \mathbb{Z}$$

($a$ est un décimal ayant un unique chiffre non nul avant la virgule).

Tableau d'exemples :

Écriture décimale Écriture scientifique
3 843$3{,}843 \times 10^3$
0,07$7 \times 10^{-2}$
-82 500$-8{,}25 \times 10^4$
0,417$4{,}17 \times 10^{-1}$