Langage de la logique et des ensembles

Cas de l'équivalence - Exercice 2

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Il s'agit maintenant d'apprendre à faire usage, avec grand soin, du symbole de l'équivalence \Longleftrightarrow.
Il faut toujours se souvenir que pour une grandeur réelle XX, on a :
(X2=aR+)((X=a)(X=a))\big( X^2 = a \in \mathbb{R}^+ \big) \Longleftrightarrow \big( (X = \sqrt{a}) \vee (X = -\sqrt{a}) \big)
Mais aussi que :
(X=aR+)(((X0)(X=a))((X<0)(X=a)))\big( |X| = a \in \mathbb{R}^+ \big) \Longleftrightarrow \bigg( \big( (X \geqslant 0) \Longrightarrow (X = a) \big) \vee \big( (X < 0) \Longrightarrow (X = -a) \big) \bigg)
Question 1

Soit xx un nombre réel. Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'équation suivante : x3=x1 \sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,|

Correction
Commençons par constater que, pour tout xx réel, les deux termes x3 \sqrt{|\, x - 3 \,|} et x1|\, x - 1 \,| sont positifs ou nuls.
En élevant au carré, on a :
x3=x1x32=x12\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow \sqrt{|\, x - 3 \,|}^2 = |\, x - 1 \,|^2
Soit :
x3=x1x3=(x1)2\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow |\, x - 3 \,| = (x-1)^2
Ainsi, en tenant compte des rappels ci-dessus, on trouve que :
x3=x1(((x30)(x3=(x1)2))((x3<0)(x3=(x1)2)))\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow \bigg( \bigg( (x - 3 \geqslant 0) \Longrightarrow \big(x - 3 = (x-1)^2\big) \bigg) \vee \bigg( (x - 3 < 0) \Longrightarrow \big(x - 3 = -(x-1)^2\big) \bigg) \bigg)
Ce qui nous donne :
x3=x1(((x30)(x3=x22x+1))((x3<0)(x3=x2+2x1)))\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow \bigg( \bigg( (x - 3 \geqslant 0) \Longrightarrow \big(x - 3 = x^2 - 2x + 1\big) \bigg) \vee \bigg( (x - 3 < 0) \Longrightarrow \big(x - 3 = -x^2+2x-1\big) \bigg) \bigg)
Soit encore :
x3=x1(((x30)(x23x+4=0))((x3<0)(x2x2=0)))\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow \bigg( \bigg( (x - 3 \geqslant 0) \Longrightarrow \big(x^2 - 3x + 4 = 0\big) \bigg) \vee \bigg( (x - 3 < 0) \Longrightarrow \big(x^2-x-2 = 0\big) \bigg) \bigg)
Concernant le trinôme du second degré x23x+4x^2 - 3x + 4, son discriminant est 7<0-7 < 0. Donc l'équation x23x+4=0x^2 - 3x + 4 = 0 n'admet pas de solution réelle.
Puis, concernant le trinôme du second degré x2x2x^2 - x - 2, son discriminant est 9>09 > 0. Donc l'équation x2x2=0x^2 - x - 2 = 0 admet deux solutions réelles distinctes, qui sont x=1x = -1 et x=2x=2.
Par conséquent, on trouve finalement que :
x3=x1((x=1)(x=2))\sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| \Longleftrightarrow \big( (x = - 1) \vee ( x = 2 ) \big)
En conclusion, les solutions réelles de l'équation initiale x3=x1 \sqrt{|\, x - 3 \,|} = |\, x - 1 \,| sont x=1x = - 1 et x=2x = 2.