Approximation et Estimation

En mathématiques, il arrive que nous ayons quelque chose de long et de fastidieux à calculer et que nous ayons besoin d'obtenir une réponse rapidement. Tu peux être dans un examen sans calculatrice et avoir besoin de savoir ce que représente soixante-treize multiplié par sept. Ou bien tu es dans un restaurant et tu essaies de deviner le montant de l'addition. Dans ces moments-là, il est utile d'avoir recours à l'approximation et à l'estimation. Heureusement, cet article est consacré à l'approximation et à l'estimation. Commençons par quelques définitions :

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    Approximation et estimation Définition

    Une approximation est une valeur qui est proche de la vraie valeur mais qui ne lui est pas tout à fait égale. Note que le symbole pour "approximativement" est.

    Nous pourrions approximer pi en disant queπ3.14. En réalité, pi est un nombre irrationnel qui ne se termine jamais, donc 3.14 n'est certainement pas une valeur exacte. Cependant, il s'agit d'une très bonne approximation.

    L'estimation est un processus par lequel nous devinons ou calculons approximativement quelque chose. Notre objectif est d'obtenir une valeur aussi proche que possible de la valeur réelle.

    La définition de pi est le rapport entre la circonférence et le diamètre d'un cercle. Ainsi, si nous mesurons la circonférence d'un cercle à l'aide d'une ficelle et que nous la divisons par son diamètre, nous pouvons estimer pi. Supposons que le diamètre d'un cercle soit de 10 cm et que sa circonférence soit de 31,4 cm.π31.410=3.14. Par conséquent, nous venons d'estimer que pi est égal à 3,14.

    L'arrondi

    Pour ce sujet, il est également important que nous sachions comment arrondir les nombres. Récapitulons rapidement avant d'aller plus loin...

    Arrondir un nombre, c'est faire en sorte qu'il soit proche de quelque chose de plus facile à utiliser.

    Arrondis le nombre 3728 à la dizaine, à la centaine et à la centaine la plus proche.

    Solution :

    Pour arrondir à la dizaine la plus proche, il faut regarder les chiffres à partir de la colonne des 10. Dans ce cas, nous avons 28. Maintenant, nous devons nous demander si 28 est plus proche de 20 ou de 30. La réponse est 30, puisque 28 n'est qu'à 2 de 30, alors qu'il est à 8 de 20. Ainsi, 28 s'arrondit à 30 et donc 3728 s'arrondit à 2730.

    Pour arrondir à la centaine la plus proche, on regarde les chiffres à partir de la colonne des 100. Dans ce cas, nous avons 728. Nous devons maintenant nous demander si 728 est plus proche de 700 ou de 800. Il est clair qu'il est plus proche de 700 et donc, dans ce cas, 3728 s'arrondit à 3700.

    Lorsque l'on arrondit à la centaine la plus proche, on regarde les chiffres à partir de la colonne des milliers. Cela donne 3728. Maintenant, nous devons nous demander si 3728 est plus proche de 3000 ou de 4000. Dans ce cas, il est plus proche de 4000, donc nous arrondissons à 4000 lorsque nous arrondissons à la tranche de 1000 la plus proche.

    Maintenant que nous avons défini certains termes clés, nous allons examiner quelques exemples utilisant l'approximation et l'estimation.

    Exemples d'approximation et d'estimation

    Comment estimer

    Pour estimer un calcul, il faut d'abord arrondir tous les nombres à un chiffre "facile" à calculer. Par exemple, il est difficile de multiplier 72 par 91, mais il est beaucoup plus facile de calculer 70×90et nous arrondirons donc chacun des nombres à la dizaine la plus proche pour obtenir une estimation. Ce processus d'arrondissement est un exemple d'approximation. En d'autres termes, 72 correspond à peu près à 70 et 91 à peu près à 90 ; nous utilisons donc ces chiffres pour faire notre estimation. Parfois, il est plus facile d'arrondir au nombre entier le plus proche, à la centaine ou même à la décimale. Choisis quelque chose de raisonnable qui te permette de faire l'estimation dans ta tête.

    Exemples

    Fais une estimation pour 92.1×19.298.1

    Solution :

    Ce calcul est assez difficile à effectuer sans utiliser une calculatrice. Cependant, si nous arrondissons chaque nombre à la dizaine la plus proche, nous obtenons90×20100=1800100=18. Nous pouvons donc dire que l'estimation de ce calcul est de 18.

    Nous pourrions aller plus loin et calculer le pourcentage d'erreur entre la valeur estimée et la valeur réelle. À l'aide d'une calculatrice, nous pouvons trouver que92.1×19.298.1=18.0256881. Si nous soustrayons la valeur estimée de la valeur réelle, nous obtenons ce que l'on appelle l'erreur absolue. Dans ce cas, l'erreur absolue est de 0,0256881 (ce qui est prometteur car cela montre que notre valeur estimée est proche de la valeur réelle en raison d'une si petite erreur absolue).

    Maintenant, si nous divisons l'erreur absolue par la valeur réelle, puis que nous la multiplions par 100, nous obtenons le pourcentage d'erreur. Si nous procédons ainsi, nous obtenons le pourcentage d'erreur suivant0.025688118.0256881×100%=0.1425%. Comme ce chiffre est petit, nous pouvons voir que nous avons une bonne estimation puisque nous avons un si petit pourcentage d'erreur.

    J'achète 32 paquets de chips pour une fête. Chaque paquet coûte 21 pence. Estime le coût total des chips.

    Solution :

    Le coût total est de 32 lots de 21p. Nous devons donc calculer32×21 pour calculer le coût (en pence). Nous pouvons arrondir les deux nombres à la dizaine la plus proche pour obtenir30×20 ce qui est beaucoup plus facile à calculer. Nous obtenons20×30=600p=£6. Nous pouvons donc dire que le coût total des 32 paquets de chips est d'environ 6 £. La valeur réelle de32×21=672p=£6.72et nous pouvons donc voir que notre valeur estimée est proche de la valeur réelle.

    Si nous voulions aller plus loin et calculer le pourcentage d'erreur, nous devrions soustraire la valeur estimée de la valeur réelle, diviser par la valeur réelle, puis multiplier par la valeur réelle comme suit :

    6.72-66.72×100%= 10.7%. Ainsi, le pourcentage d'erreur de notre estimation est de 10,7 %.

    Estime le coût de 123 assiettes en papier qui coûtent 11 pence chacune et de 157 serviettes qui coûtent 9 pence chacune.

    Solution :

    Le coût total (en pence) des assiettes en papier sera de123×11et le coût total des serviettes est de157×9. Le coût total des assiettes en papier et des serviettes est donc de123×11+157×9. Nous pouvons faire une approximation des chiffres de ce calcul et obtenir à la place 120×10+160×10=1200+1600=2800p=£28. L'estimation du coût total est donc de 28 livres sterling.

    Nous pourrions calculer le pourcentage d'erreur en calculant la valeur réelle du coût. Dans ce cas, elle est de 123×11+157×9=2766p=£27.66. Le pourcentage d'erreur est donc de28-27.6627.66×100%=1.23%.

    Estime la valeur de 301×9.010.499

    Solution :

    Si on arrondit 301 à la dizaine la plus proche, on obtient 300. Si nous arrondissons 9,01 à la dizaine la plus proche, nous obtenons 10. Or, 0,499 représente approximativement 0,5, alors arrondissons-le à cette valeur. Ainsi, nous obtenons 300×100.5=30000.5=6000. Par conséquent, 6000 est une estimation.

    La vraie valeur de 301×9.010.499=5434.88978 et nous pouvons donc voir que notre valeur estimée est relativement proche. L'erreur absolue de notre estimation est de 6000-5434.88978=565.11022 et notre pourcentage d'erreur est de 565.110225434.88978×100%10.4%. Nous pouvons donc dire que notre estimation est erronée d'environ 10,4 %.

    Estime la valeur de (4.98)20.482

    Solution :

    4,98 est assez proche de 5, et il est facile d'élever 5 au carré, donc approximons 4,98 comme étant 5. 0,482 est proche de 0,5, et il est assez facile de le diviser par la moitié. Nous obtenons donc l'estimation suivante (4.98)20.482(5)20.5=250.5=50. L'estimation pour ce calcul est donc de 50.

    Nous pourrions calculer le pourcentage d'erreur en calculant la valeur réelle de(4.98)20.482=51.45.

    Le pourcentage d'erreur est donc de 51.45-5051.45×100%=2.82%.

    Estime la valeur de 51.30.53

    Solution :

    51,3 est approximativement 50, et 0,53 est approximativement 0,5. Ainsi, nous avons l'estimation 51.30.53500.5=100=10. Une estimation de la valeur est donc 10.

    Nous pourrions calculer le pourcentage d'erreur en calculant la vraie valeur de 51.30.53=9.84.

    Le pourcentage d'erreur est donc de 10-9.849.84×100%=1.63%.

    Différence entre estimation et approximation

    Tu te demandes peut-être quelle est la différence réelle entre l'estimation et l'approximation. Ce sont deux concepts très similaires, alors comment déterminer s'il s'agit d'une estimation ou d'une approximation ?

    L'estimation est le processus qui consiste à obtenir approximativement une solution à quelque chose que nous ne connaissons pas encore. Par exemple, tu peux estimer que le nombre de bonbons dans un bocal est d'environ 30, mais tu ne sais pas combien il y en a exactement. Tu peux aussi te trouver dans un magasin et vouloir estimer le prix de chaque article. En arrondissant le prix de tout ce qui se trouve dans ton panier à la livre la plus proche, tu peux obtenir une estimation, mais tu ne connais pas la valeur réelle avant d'avoir passé en revue les factures à payer. En arrondissant, tu fais une approximation du prix de chaque article ; tu connais le vrai prix mais tu veux rendre le calcul plus simple. Pour revenir au premier exemple, s'il s'avère qu'il y a en fait 32 bonbons dans le bocal et que chacun d'entre eux coûte 23 pence, tu peux estimer le coût des 32 bonbons en faisant une approximation de 32 à 30 et de 23 à 25.

    Ainsi, la principale différence entre l'estimation et l'approximation est qu'avec l'estimation, tu ne connais pas la vraie valeur. Au contraire, avec l'approximation, tu connais la vraie valeur mais tu veux la modifier légèrement pour en faire quelque chose de plus facile à travailler.

    Importance de l'estimation et de l'approximation

    Être capable d'estimer et d'approximer est en fait un outil très pratique à avoir dans la vie de tous les jours. Cela nous permet de faire rapidement des calculs approximatifs dans notre tête plutôt que de nous fier à une calculatrice. Cela nous permet aussi d'être très bons au jeu de "deviner l'addition", qui consiste à deviner le coût d'une note de restaurant avant qu'elle n'arrive.

    Les mathématiciens ont souvent recours à des approximations, par exemple pour trouver des solutions à des équations difficiles à résoudre. Plus tard dans le cours de GCSE, tu rencontreras peut-être des techniques itératives pour calculer approximativement les solutions d'équations d'ordre supérieur (je sais, nous avons des choses intéressantes à venir).

    Parmi les autres utilisations de l'estimation, il y a la détermination de la valeur de quelque chose. Par exemple, les évaluateurs immobiliers estiment la valeur d'une propriété en tenant compte de divers facteurs, notamment la taille de la maison, l'accès aux réseaux de transport locaux, l'accès aux écoles, le nombre de chambres à coucher, le statut socio-économique de la région, etc.

    Les estimations nous permettent de faire des prédictions, et les approximations rendent les chiffres plus faciles à manier. Bien sûr, il arrive que nos estimations soient nulles et qu'elles s'écartent massivement de la valeur réelle. Il arrive aussi que les approximations ne soient pas judicieuses. Cependant, en général, elles nous fournissent un outil très utile pour résoudre les problèmes.

    Approximation et estimation - Points clés à retenir

    • Une approximation est une valeur qui est proche de la valeur réelle mais qui ne lui est pas tout à fait égale.
    • L'estimation est un processus qui consiste à deviner ou à calculer approximativement quelque chose.
    • Pour estimer un calcul, il faut d'abord arrondir (approximativement) tous les nombres impliqués pour obtenir une valeur "facile" à travailler. Ensuite, tu fais le calcul dans ta tête.
    • La différence entre l'estimation et l'approximation est que l'estimation consiste à essayer de déterminer la valeur réelle en devinant ou en utilisant des techniques d'arrondi. Dans le cas d'une approximation, nous connaissons déjà la valeur réelle, mais nous prenons une valeur proche de la valeur réelle pour qu'elle soit plus facile à utiliser.
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    Questions fréquemment posées en Approximation et Estimation
    Qu'est-ce que l'approximation en mathématiques?
    L'approximation en mathématiques consiste à trouver une valeur proche d'une valeur exacte mais plus simple à utiliser.
    Pourquoi l'approximation est-elle importante?
    L'approximation est importante car elle permet de simplifier les calculs et de travailler avec des valeurs plus gérables.
    Qu'est-ce que l'estimation en mathématiques?
    L'estimation consiste à faire une supposition raisonnable sur une quantité ou un résultat, souvent basée sur des données incomplètes.
    Quelle est la différence entre l'approximation et l'estimation?
    L'approximation cherche des valeurs proches de la réalité, tandis que l'estimation fait une supposition raisonnable sans valeur exacte.
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