Puissances

Exercices

Exercices directement conformes aux attendus du programme. Puissances de 10, exposants positifs et négatifs, produits et quotients de puissances.

Challenge

Calculs plus techniques et règles combinées. Destiné aux collèges exigeants ou à ceux qui veulent prendre de l’avance.

Problèmes

Problèmes contextualisés et notation scientifique, ordre de grandeur et justification des calculs pour conclure.

Vidéo explicative

1) Calculer avec la même base



2) Enchaîner les propriétés de puissances avec la même base



3) Notation scientifique — Écrire et calculer



Exercice 1

Calcule les expressions suivantes.

Question 1
$$ (-1)^4 $$
Question 2
$$ 4^0 $$
Question 3
$$ -5^2 $$
Question 4
$$ \left(\dfrac{1}{3}\right)^2 $$
Question 5
$$ -(-2)^4 $$
Question 6
$$ (-3)^2 $$
Question 7
$$ -\left(\dfrac{2}{5}\right)^3 $$
Question 8
$$ \dfrac{-7}{2^2} $$
Question 9
$$ \dfrac{1}{(-2)^3} $$
Correction

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Exercice 2

Calcule les expressions suivantes.

Question 10
$$ (-2)^3 $$
Question 11
$$ (-4)^2 $$
Question 12
$$ -(-3)^2 $$
Question 13
$$ \left(\dfrac{-1}{2}\right)^3 $$
Question 14
$$ (-5)^0 $$
Question 15
$$ -\left(\dfrac{3}{4}\right)^2 $$
Question 16
$$ \dfrac{6}{(-2)^2} $$
Question 17
$$ \dfrac{-1}{(-3)^3} $$
Question 18
$$ (-1)^7 $$
Correction

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Exercice 3

Calcule les expressions suivantes.

Question 19
$$ (-2)^{-2} $$
Question 20
$$ -3^{-2} $$
Question 21
$$ \left(\dfrac{1}{4}\right)^{-1} $$
Question 22
$$ -(-5)^{-2} $$
Question 23
$$ (-1)^{-3} $$
Question 24
$$ \left(\dfrac{2}{3}\right)^{-2} $$
Question 25
$$ \dfrac{1}{(-2)^3} $$
Question 26
$$ \left(\dfrac{-1}{2}\right)^{-3} $$
Question 27
$$ -\left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2} $$
Correction

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Exercice 4

Calcule les expressions suivantes.

Question 28
$$ 2^{-1} $$
Question 29
$$ (-3)^{-2} $$
Question 30
$$ \left(\dfrac{1}{5}\right)^{-1} $$
Question 31
$$ -4^{-1} $$
Question 32
$$ \left(\dfrac{2}{3}\right)^{-1} $$
Question 33
$$ (-1)^{-1} $$
Correction

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Exercice 5

Calcule les expressions suivantes.

Question 34
$$ 2^3 \times 2^{-5} $$
Question 35
$$ \dfrac{5^{-2}}{5^{-4}} $$
Question 36
$$ (-3)^2 \times (-3)^4 $$
Question 37
$$ \left(\dfrac{1}{2}\right)^{-3} \times \left(\dfrac{1}{2}\right)^5 $$
Question 38
$$ (-4^2)^2 $$
Question 39
$$ \dfrac{10^0}{10^{-2}} $$
Question 40
$$ (-2)^3 \times (-2)^{-3} $$
Question 41
$$ (2^3)^2 $$
Question 42
$$ [(-1)^2]^3 $$
Correction

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Exercice 6

Calcule les expressions suivantes.

Question 43
$$ \dfrac{2^5 \times (2^{-2})^3 \times 2^{-1}}{2^{-4} \times 2^2} $$
Question 44
$$ \dfrac{3^{-2} \times (3^3)^2}{3^4} \times 3^{-1} $$
Question 45
$$ \dfrac{(5^2)^{-3} \times 5^7}{5^{-2} \times 5^1} $$
Question 46
$$ \dfrac{4^{-1} \times (4^2)^3}{(4^{-2})^2 \times 4^3} $$
Question 47
$$ \dfrac{(-2)^6 \times (-2)^{-3}}{((-2)^2)^{-1} \times (-2)^2} $$
Question 48
$$ \left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2} \times \dfrac{3^{-4} \times (3^2)^3}{3} $$
Question 49
$$ \dfrac{6^3 \times (6^{-1})^4}{6^{-2} \times (6^2)^{-1}} $$
Question 50
$$ \dfrac{(7^{-2})^2 \times 7^5 \times 7^{-1}}{7^3 \times (7^2)^{-2}} $$
Question 51
$$ \dfrac{(3^{-2})^3 \times 3^5}{3^{-1} \times (3^2)^{-1}} $$
Correction

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Exercice 7 – Écriture scientifique

Écrire les nombres suivants en notation scientifique.

Question 52
$$ 93\,200 $$
Question 53
$$ 0{,}000741 $$
Question 54
$$ 8\,020{,}7 $$
Question 55
$$ 0{,}00000031 $$
Question 56
$$ 1\,204 $$
Question 57
$$ 0{,}0072 $$
Question 58
$$ 0{,}025 \times 10^7 $$
Question 59
$$ 456 \times 10^{-4} $$
Question 60
$$ 79{,}4 \times 10^6 $$
Correction

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Exercice 8 – Écriture scientifique

Écrire les nombres suivants en notation scientifique.

Question 61
$$ 0{,}0000529 $$
Question 62
$$ 4{,}07 \times 10^9 $$
Question 63
$$ 0{,}00318 \times 10^6 $$
Question 64
$$ 7\,450\,000 $$
Question 65
$$ 0{,}00000000084 $$
Question 66
$$ 91{,}2 \times 10^{-3} $$
Question 67
$$ 0{,}072 $$
Question 68
$$ 63\,500{,}4 $$
Question 69
$$ 0{,}00094 \times 10^{-2} $$
Correction

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Exercice 9

Simplifie les expressions suivantes et écris le résultat en notation scientifique.

Question 70
$$ 15 \times 3 \times 10^{-9} \times (10^7)^2 $$
Question 71
$$ 10^{-10} \times 5 \times (10^4)^3 \times 8 $$
Question 72
$$ 2 \times 10^9 \times (10^{-2})^4 \times 12 $$
Question 73
$$ 4 \times 10^{-6} \times 7 \times (10^5)^2 $$
Question 74
$$ 6 \times (10^{-3})^3 \times 10^8 \times 9 $$
Question 75
$$ 4 \times 10^{-15} \times 25 \times (10^6)^2 $$
Question 76
$$ 3 \times 10^7 \times 14 \times (10^{-1})^5 $$
Question 77
$$ 2 \times (10^8)^2 \times 10^{-11} \times 6 $$
Question 78
$$ 5 \times 10^{12} \times (10^{-4})^2 \times 18 $$
Question 79
$$ 7 \times 10^{-8} \times (10^3)^3 \times 11 $$
Correction

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Exercice 10

Simplifie les expressions suivantes et écris le résultat en notation scientifique.

Question 80
$$ \dfrac{10^{-8} \times 42 \times 10^{12}}{7 \times 10^5} $$
Question 81
$$ \dfrac{3 \times 10^{2} \times 2 \times 10^{-3}}{12 \times 10^{-1}} $$
Question 82
$$ \dfrac{6 \times 10^{-4} \times 5 \times 10^{9}}{2 \times 10^{2}} $$
Question 83
$$ \dfrac{3 \times 10^{-2} \times 10^{5}}{12 \times 10^{1}} $$
Question 84
$$ \dfrac{7 \times 10^{4} \times 6}{3 \times 10^{-2}} $$
Question 85
$$ \dfrac{12 \times 10^{4} \times 10^{-7}}{10^{-2}} $$
Question 86
$$ \dfrac{25 \times 10^{9}}{5 \times 10^{3} \times 2 \times 10^{-4}} $$
Question 87
$$ \dfrac{4 \times 10^{-6} \times 15 \times 10^{2}}{3 \times 10^{-2}} $$
Question 88
$$ \dfrac{11 \times 10^{5} \times 3 \times 10^{-8}}{33 \times 10^{-1}} $$
Correction

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Challenge 1

On considère, pour chaque question, une expression numérique écrite à l’aide de puissances de 10.
Pour chacune d’elles, il est demandé de répondre aux quatre questions suivantes : 1.  Déterminer le chiffre des unités du nombre. 2.  Donner l’écriture décimale de ce nombre. 3.  Donner l’écriture scientifique de ce nombre. 4.  Écrire ce nombre sous la forme du produit d’un entier par une puissance de 10.

Question 89
$$ 3 \times 10^{3} + 4 \times 10^{2} + 5 \times 10^{0} + 7 \times 10^{-2} $$
Question 90
$$ 6 \times 10^{1} + 2 \times 10^{0} + 9 \times 10^{-1} + 8 \times 10^{-3} $$
Question 91
$$ 1 \times 10^{4} + 3 \times 10^{2} + 4 \times 10^{-1} + 6 \times 10^{-2} $$
Question 92
$$ 7 \times 10^{2} + 8 \times 10^{0} + 1 \times 10^{-1} + 5 \times 10^{-4} $$
Question 93
$$ 9 \times 10^{0} + 2 \times 10^{-2} + 5 \times 10^{-3} + 4 \times 10^{-5} $$
Question 94
$$ 4 \times 10^{2} + 1 \times 10^{1} + 3 \times 10^{-1} + 2 \times 10^{-2} $$
Correction

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Challenge 2

Donne le résultat en notation scientifique pour question.

Sans calculatrice.
Question 95
$$ \dfrac{4,5 \times (10^{-3})^{5} \times 13 \times 10^{-3}}{0,9 \times (10^{2})^{-6}} $$
Question 96
$$ \dfrac{2,4 \times (10^{4})^{2} \times 5 \times 10^{-3}}{0,6 \times (10^{-2})^{3}} $$
Question 97
$$ \dfrac{7,2 \times (10^{-1})^{4} \times 25 \times 10^{6}}{1,8 \times (10^{3})^{2}} $$
Question 98
$$ \dfrac{0,35 \times (10^{5})^{-2} \times 18 \times 10^{4}}{0,7 \times (10^{-1})^{3}} $$
Question 99
$$ \dfrac{12 \times (10^{2})^{3} \times 0,5 \times 10^{-7}}{3 \times (10^{-3})^{2}} $$
Question 100
$$ \dfrac{4,8 \times (10^{-4})^{-3} \times 0,25 \times 10^{-2}}{1,2 \times (10^{1})^{4}} $$
Correction

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Challenge 3

Simplifie les expressions suivantes et écris le résultat en notation scientifique.

Question 101
$$ \dfrac{(2 \times 10^{7})^{3} \times (4 \times 10^{-9})^{2}}{(8 \times 10^{4})^{2}} $$
Question 102
$$ 6,4 \times (10^{-2})^{3} \times \dfrac{3,2 \times 10^{-6}}{0,8 \times (10^{2})^{-1}} $$
Question 103
$$ \dfrac{(3 \times 10^{5})^{2} \times (2 \times 10^{-4})^{3}}{(6 \times 10^{2})^{2}} $$
Question 104
$$ 7,5 \times (10^{3})^{-2} \times \dfrac{2,4 \times 10^{5}}{0,3 \times (10^{-1})^{3}} $$
Question 105
$$ \dfrac{(5 \times 10^{-2})^{3} \times (4 \times 10^{6})^{2}}{(20 \times 10^{2})^{2}} $$
Question 106
$$ 1,2 \times (10^{-4})^{-1} \times \dfrac{0,45 \times 10^{-2}}{0,15 \times (10^{1})^{2}} $$
Correction

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Challenge 4

Sans calculatrice, calculer chaque expression et donner le résultat en écriture scientifique.

Question 107 $$ \dfrac{7,2 \times 10^{6} + 2,8 \times 10^{6}}{5 \times 10^{2}} $$
Question 108 $$ \dfrac{5,6 \times 10^{7} + 2,4 \times 10^{7}}{4 \times 10^{3}} $$
Question 109 $$ \dfrac{7,5 \times 10^{8} + 2,5 \times 10^{8}}{4 \times 10^{4}} $$
Question 110 $$ \dfrac{6,4 \times 10^{5} + 3,6 \times 10^{5}}{2 \times 10^{1}} $$
Question 111 $$ \dfrac{1,25 \times 10^{9} + 3,75 \times 10^{9}}{5 \times 10^{6}} $$
Question 112 $$ \dfrac{4,8 \times 10^{4} + 1,2 \times 10^{4}}{3 \times 10^{2}} $$
Correction

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Challenge 5

Pour chaque expression, calculer avec les valeurs x et y données.


$$ \textcolor{skyblue}{x=3} \quad \text{et} \quad \textcolor{violet}{y=-2}$$
Question 113 $$ \dfrac{10x^{2} + y^{3}}{3xy} $$
Question 114 $$ \dfrac{4x^{2} - (-y)^{3}}{-2xy} $$
Question 115 $$ \dfrac{-6x^{2} + 2(-y)^{3}}{4x(-y)} $$
Question 116 $$ \dfrac{5(-x)^{2} + y^{3}}{-10x(-y)} $$
Question 117 $$ \dfrac{2x^{2} - ( -y )^{3}}{6(-x)y} $$
Question 118 $$ \dfrac{-3(-x)^{2} - 2y^{3}}{-9x(-y)} $$
Correction

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Challenge 6

Calculer chaque expression et donner le résultat en écriture scientifique.

Question 119
$$ 3 \times 10^{-5} + 4 \times 10^{-3} $$
Question 120
$$ 5 \times 10^{-2} + 7 \times 10^{-4} $$
Question 121
$$ 8 \times 10^{-6} + 2 \times 10^{-3} $$
Question 122
$$ 1 \times 10^{-4} + 3 \times 10^{-2} $$
Question 123
$$ 9 \times 10^{-3} + 4 \times 10^{-5} $$
Question 124
$$ 6 \times 10^{-4} + 2 \times 10^{-5} $$
Correction

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Challenge 7

Calculer chaque expression et donner le résultat en écriture scientifique.

Question 125
$$ \dfrac{45 \times 10^{8} - 120 \times 10^{7}}{6 \times 10^{-4}} $$
Question 126
$$ \dfrac{60 \times 10^{6} - 150 \times 10^{5}}{2 \times 10^{-3}} $$
Question 127
$$ \dfrac{84 \times 10^{9} - 14 \times 10^{8}}{7 \times 10^{2}} $$
Question 128
$$ \dfrac{32 \times 10^{7} - 8 \times 10^{6}}{4 \times 10^{-1}} $$
Question 129
$$ \dfrac{75 \times 10^{5} - 15 \times 10^{4}}{3 \times 10^{1}} $$
Question 130
$$ \dfrac{96 \times 10^{8} - 16 \times 10^{7}}{8 \times 10^{-2}} $$
Correction

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Challenge 8

Simplifier chaque expression et donner le résultat final.

Question 131
$$ \dfrac{3 \times 2^{7} - 2^{3}}{2^{-2}} $$
Question 132
$$ \dfrac{5 \times 2^{9} - 2^{4}}{2^{-3}} $$
Question 133
$$ \dfrac{2 \times 3^{6} - 3^{2}}{3^{-1}} $$
Question 134
$$ \dfrac{7 \times 5^{4} + 5^{1}}{5^{-2}} $$
Question 135
$$ \dfrac{2^{-3} - 2^{-8}}{2^{-10}} $$
Question 136
$$ \dfrac{4 \times 3^{7} - 6 \times 3^{3}}{3^{-2}} $$
Correction

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Challenge 9 — Puissances de 10 avec exposants en \(n\)

Sans calculatrice, simplifier chaque expression (avec \(n\)) en utilisant les règles sur les puissances.
Donner le résultat final sans aucune fraction (on utilisera des exposants négatifs si besoin).

Question 137
$$ \dfrac{(3 \times 10^{2n})^{3} \times 2 \times 10^{n-1}}{(6 \times 10^{n})^{2n}} $$
Question 138
$$ \dfrac{(5 \times 10^{3n-2})^{2} \times (4 \times 10^{2n})^{-1}}{(2 \times 10^{n+1})^{3n}} $$
Question 139
$$ \dfrac{(7 \times 10^{n-3})^{4} \times (2 \times 10^{2n-1})^{3}}{(9 \times 10^{n+2})^{2n-3}} $$
Question 140
$$ \dfrac{(10 \times 10^{2n-1})^{3} \times (3 \times 10^{n+4})^{-2}}{(4 \times 10^{n-2})^{3n+1}} $$
Question 141
$$ \dfrac{(6 \times 10^{n+2})^{2n} \times (8 \times 10^{-n})}{(2 \times 10^{3n-3})^{n-1}} $$
Question 142
$$ \dfrac{(9 \times 10^{2n-5})^{2} \times (2 \times 10^{n+1})^{3}}{(3 \times 10^{n-2})^{4} \times (10^{-n})^{-2}} $$
Correction

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Problème 1
Illustration

Les satellites jouent un rôle essentiel dans les communications modernes. Ils permettent par exemple de transmettre des signaux radio pour la télévision ou le GPS. Ces signaux se déplacent à la vitesse de la lumière, soit environ 300 000 km par seconde.

Quelle distance parcourt ce signal en 24 heures ? Exprimer le résultat en notation scientifique.

Correction

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Problème 2
Illustration

Le clignement des yeux permet d’humidifier et de protéger l’œil. En moyenne, une personne cligne des yeux environ 15 fois par minute. On souhaite estimer combien de fois une personne cligne des yeux au cours d’une année.

Combien de fois une personne cligne-t-elle des yeux en 1 an ? Donner le résultat en notation scientifique.

Correction

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Problème 3
Illustration

Les cellules sont de très petites parties qui composent les êtres vivants, comme les plantes, les animaux ou le corps humain. Elles sont tellement petites qu’on ne peut les voir qu’avec un microscope.

On modélise une cellule par une sphère de rayon \(0,000003\) mètre.

On imagine que 25 000 cellules sont alignées les unes à la suite des autres.

Quelle longueur totale obtient-on ? Donner le résultat en notation scientifique.

Correction

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Problème 4
Illustration

Un coureur fait en moyenne 160 pas par minute lorsqu’il marche. On suppose qu’une personne marche environ 30 minutes par jour .

Combien de pas cette personne fait-elle en 50 ans ? Donner le résultat en notation scientifique .

Correction

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Problème 5
Illustration

Dans une ville, on estime qu’une personne produit en moyenne 850 g de déchets recyclables par jour ; déterminer la masse totale de déchets recyclables produite en une année par une famille de trois personnes.

1) Donner le résultat en kilogrammes puis en tonnes.
2) Écrire ces deux résultats en notation scientifique.

Correction

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Problème 6
Illustration

Lors d’une expérience, on remplit un petit réservoir d’eau de volume 0,75 m3 ; on considère qu’une goutte d’eau a un volume moyen de 0,05 mL.

1) Convertir 0,75 m3 en millilitres.
2) Calculer le nombre de gouttes contenues dans le réservoir.
3) Écrire ce nombre en notation scientifique.

Correction

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Problème 7
Illustration

Les scientifiques ont mesuré que la Lune s’éloigne de la Terre d’environ 3,8 cm chaque année. Ce phénomène est dû aux interactions gravitationnelles entre la Terre et la Lune.

1) Convertir cette distance annuelle en kilomètres.
2) Calculer de combien de kilomètres la Lune s’éloigne en 100 millions d’années.
3) Écrire ce résultat en notation scientifique.

Correction

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Problème 8
Illustration

Le sang humain contient plusieurs types de cellules, dont les globules blancs, qui jouent un rôle essentiel dans la défense de l’organisme contre les microbes. On note \( L \) le diamètre moyen d’un globule blanc, exprimé en mètre, avec :

\( L = \dfrac{48 \times 10^{3} \times 5 \times \left(10^{-5}\right)^{2}}{20 \times 10^{-2} \times 10} \)

1) Calculer \(L\) en détaillant les étapes, puis donner l’écriture scientifique du résultat.
2) Donner l’écriture décimale de ce résultat en m, puis en mm, puis en \(\mu\text{m}\).
3) On estime qu’il y a environ 7 000 globules blancs dans 1 mm3 de sang. Combien y en a-t-il environ dans 5 litres de sang ?

Correction

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Problème 9
Illustration

Les écrans modernes sont composés de millions de petits points lumineux appelés pixels. Par exemple, un écran dit 4K possède généralement une résolution de 3840 × 2160 pixels. Cela signifie que l’image est formée de 3840 pixels en largeur et 2160 pixels en hauteur,

On modélise la taille moyenne d’un pixel par l’expression suivante (en mètre) :

\( P = \dfrac{36 \times 10^{4} \times 5 \times (10^{-6})^{2}}{12 \times 10^{-2} \times 15} \)

1) Calculer \(P\) en détaillant les étapes et donner l’écriture scientifique du résultat.
2) Donner l’écriture décimale du résultat en m, puis en mm et enfin en µm.
3) Donner le nombre de pixels d’un écran 4K en notation scientifique

Correction

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Problème 10
Illustration

Un smartphone possède une capacité de stockage de 512 Go. Une photo prise avec ce téléphone occupe en moyenne 4,5 Mo.

1) Calculer le nombre maximal de photos que l’on peut stocker sur ce téléphone.
2) Un élève prend en moyenne 18 photos par jour. En supposant que le téléphone est vide au départ, au bout de combien d’années environ la mémoire sera-t-elle remplie ?

Correction

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