Simplifier une grosse fraction

Exemple Simplifier une fraction

La conservation de l'énergie mécanique appliquée à un solide en mouvement conduit à la relation : \(\dfrac{1}{2} m v_A^2=\dfrac{1}{2} m v_B^2+ m g h\). En isolant \( v_A\) sans chercher à simplifier, on obtient l'expression suivante : \( v_A^2=\dfrac{\dfrac{1}{2} m v_B^2- m g h}{\dfrac{1}{2} m}\).

Simplifier l'expression précédente.

Explication

On observe :

  • Qu'il y a deux traits de fraction et que c'est compliqué à gérer

  • Que la lettre \(m\) est présente dans tous les termes de cette expression

Calcul :

  • On cherche d'abord à se débarrasser des multiples niveaux de traits de fraction : \( v_A^2=\dfrac{\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m v_B^2- m g h}{\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m}\).

    • On multiplie la fraction par \(\dfrac22\) ce qui donne :

      \( v_A^2=\textcolor{blue}{\dfrac22}\times \frac{\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m v_B^2- m g h }{\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m}= \dfrac{\textcolor{blue}{2\times}\left(\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m v_B^2- m g h\right)}{\textcolor{blue}{2\times}\textcolor{red}{\dfrac{1}{2}} m}=\dfrac{ m v_B^2-\textcolor{blue}{2\times} m g h}{ m}\)

  • On remarque que \(m\) est présent dans tous les termes du numérateur et aussi au dénominateur : \( v_A^2=\dfrac{ \textcolor{red}{m} v_B^2-2 \textcolor{red}{m} g h}{ \textcolor{red}{m}}\).

    • On factorise par \(m\) au numérateur : \( v_A^2=\dfrac{ \textcolor{red}{m} \left( v_B^2-2 g h\right)}{ \textcolor{red}{m}}\)

    • On simplifie par \(m\) : \( v_A^2= v_B^2-2 g h\)

Exemple Simplifier une somme de fractions

Après application des règles d'association de dipôles, on obtient l'expression suivante :

\(\dfrac{1}{ Z_E}= \text{j}C\omega+\dfrac{1}{ {R}+\dfrac{1}{ \text{j}C\omega}}\)

Exprimer \(\dfrac{1}{Z_E}\) sous la forme d'une seule fraction simplifiée.

Explication

On observe  \(\dfrac{1}{ Z_E}= \textcolor{blue}{\text{j}C\omega}+\dfrac{1}{ R+\dfrac{1}{\textcolor{blue}{\text{j}C \omega}}}\)

  • Deux traits de fractions dans le terme de droite

  • Plusieurs fois le même terme (\(\textcolor{blue}{\text{j}C\omega}\))

Calcul littéral :

  • On commence par se ramener à une seule fraction dans le terme de droite \(\dfrac{1}{ {R}+\dfrac{1}{ \text{j}C\omega}}\) 

    Pour cela :

    • On ramène les deux termes sous la barre de fraction au même dénominateur : \(\dfrac{1}{ {R}+\dfrac{1}{ \text{j}C\omega}}=\dfrac{1}{ \dfrac{R\text{j}C\omega}{\text{j}C\omega}+\dfrac{1}{\text{j}C\omega}}\)

    • On réalise l'addition : \(\dfrac{1}{ {R}+\dfrac{1}{ \text{j}C\omega}}=\dfrac{1}{\dfrac{ \text{j}RC\omega+1}{ \text{j}C\omega}}\)

    • On appliquer la règle : "Diviser par une fraction revient à multiplier par son inverse" : \(\dfrac{1}{\dfrac{ \text{j}RC\omega+1}{ \text{j}C\omega}}=\dfrac{ \text{j}C\omega}{ \text{j}RC\omega+1}\)

    • On a donc pour l'expression de départ : \(\dfrac{1}{ Z_E}= \text{j}C\omega+\dfrac{ \text{j}C\omega}{ \text{j}RC\omega+1}\)

  • On somme maintenant les deux termes à droite du signe égal. Pour cela :

    • On transforme le terme de gauche en une fraction de même dénominateur que le terme de droite : \(\dfrac{1}{ Z_E}= \text{j}C\omega\times\textcolor{red}{\dfrac{ \text{j}RC\omega+1}{ \text{j}RC\omega+1}}+\dfrac{ \text{j}C\omega}{ \text{j}RC\omega+1}\)

    • On réalise l'addition : \(\dfrac{1}{ Z_E}=\dfrac{{\left( \text{j}RC\omega+1\right)} \text{j}C\omega+ \text{j}C\omega}{ \text{j}RC\omega+1}\)

  • Au numérateur , on remarque qu'il y a deux fois le terme \( \textcolor{blue}{\text{j}C\omega}\)

    On factorise : \(\dfrac{1}{ Z_E}=\dfrac{{\left( \text{j}RC\omega+1\right)} \textcolor{blue}{\text{j}C\omega}+\textcolor{blue}{\text{j}C\omega}}{ \text{j}RC\omega+1}=\dfrac{{\left(( \text{j}RC\omega+1)+1\right)}\times \textcolor{blue}{\text{j}C\omega}}{ \text{j}RC\omega+1}=\dfrac{{( \text{j}RC\omega+2)} \text{j}C\omega}{ \text{j}RC\omega+1}\)

Il n'y a plus de simplifications possibles sans faire apparaître de nouveau un trait de fraction supplémentaire.

Méthode Pour simplifier une écriture :

  1. Manipuler les fraction pour n'avoir qu'un seul trait de fraction.

  2. Factoriser tout ce qui peut l'être au numérateur et au dénominateur

  3. Simplifier par la grandeur factorisée.

Attention

\(\dfrac aa=1\) et non zéro ! 

Conseil

Penser à simplifier une expression dès que possible afin d'éviter d'obtenir des expressions finales trop lourdes à gérer