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Utilisation de pyMath
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À quoi sert pyMath?
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pyMath est un module python qui permet la manipulation d'expressions
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mathématiques. Voici ce qu'il est capable de faire:
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- *Calculer comme un collégien*: Pour faire de la correction automatisé
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d'exercice, un logiciel de calcul formel ne suffit pas. Si les étapes
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de calculs ne sont pas présentes, l'élève ne pourra pas analyser ses
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erreurs ou s'inspirer de la correction.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Expression
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>>> ajout_fractions = Expression("2 / 5 + 2 / 3")
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>>> resultat = ajout_fractions.simplify()
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>>> print(resultat)
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\frac{ 16 }{ 15 }
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>>> for i in resultat.explain():
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... print(i)
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...
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\frac{ 2 }{ 5 } + \frac{ 2 }{ 3 }
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\frac{ 2 \times 3 }{ 5 \times 3 } + \frac{ 2 \times 5 }{ 3 \times 5 }
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\frac{ 6 }{ 15 } + \frac{ 10 }{ 15 }
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\frac{ 6 + 10 }{ 15 }
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\frac{ 16 }{ 15 }
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- *Créer des exercices aléatoirement*: Pour faire des devoirs
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personnels, des fiches de révisions ou des exercices en classe, un
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générateur d'expressions est inclus.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Expression
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>>> ajout_fraction = Expression.random("{a} + {b} / {c}")
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>>> print(ajout_fraction)
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2 + \frac{ 3 }{ 5 }
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- *Gérer différents type de données*: Pour le moment, pyMath est
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capable de gérer les entiers naturels, les rationnels (sous forme de
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fractions) et les polynômes. L'utilisation des nombres à virgules et
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des racines devraient être ajoutés dans les prochaines versions.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Fraction
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>>> une_fraction = Fraction(1,2)
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>>> print(une_fraction)
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1 / 2
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>>> from pymath import Polynom
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>>> un_polynom = Polynom([1,2,3])
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>>> print(un_polynom)
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3 x^{ 2 } + 2 x + 1
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- *Afficher avec deux types de rendus*: Un en mode texte pour
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l'affichage dans une console. Un deuxième spécialement pour écrire
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des documents latex.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Expression
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>>> ajout_fractions = Expression("2 / 5 + 2 / 3")
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>>> for i in ajout_fractions.simpliy().explain():
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... print(i)
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...
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\frac{ 2 }{ 5 } + \frac{ 2 }{ 3 }
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\frac{ 2 \times 3 }{ 5 \times 3 } + \frac{ 2 \times 5 }{ 3 \times 5 }
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\frac{ 6 }{ 15 } + \frac{ 10 }{ 15 }
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\frac{ 6 + 10 }{ 15 }
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\frac{ 16 }{ 15 }
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>>> from pymath import txt
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>>> with Expression.tmp_render(txt):
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... for i in ajout_fractions.simpliy().explain():
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... print(i)
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...
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2 / 5 + 2 / 3
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( 2 * 3 ) / ( 5 * 3 ) + ( 2 * 5 ) / ( 3 * 5 )
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6 / 15 + 10 / 15
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( 6 + 10 ) / 15
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16 / 15
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Ce module a pour but d'être un outil pour faciliter la construction
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d'exercices et leurs correction. Il a pour but d'être le plus simple
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possible d'utilisation afin que tout le monde avec un minimum de
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connaissance en programmation puisse créer librement des exercices.
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Calculer comme un collégien.
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Actuellement le module principal pour faire calculer python comme un
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collégien est *pymath.expression*.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Expression
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Déclarer une expression
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Un expression peut être initialisée de deux façons différentes: à partir
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d'une chaine de caractères ou à partir de la liste des termes (en
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postfix - cette méthode est essentiellement utilisée pour programmer les
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modules, elle ne sera pas détaillée ici).
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.. code-block:: python
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>>> un_calcul = Expression("1 + 2 * 3")
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>>> print(un_calcul)
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1 + 2 \times 3
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>>> ajout_fractions = Expression("2 / 5 + 2 / 3")
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>>> print(ajout_fractions)
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\frac{ 2 }{ 5 } + \frac{ 2 }{ 3 }
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Et si l'on souhaite un rendu plus adapté à la console:
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import txt
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>>> Expression.set_render(txt)
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>>> print(un_calcul)
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1 + 2 * 3
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>>> print(ajout_fractions)
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2 / 5 + 2 / 3
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Simplification des expressions
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Une fois les expressions créées, elles peuvent se réduire en expliquant
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les étapes et en respectant les règles de priorités. Ces étapes de
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calcul sont stockés dans l'objet résultat du calcul et sont accéssibles
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à travers la méthode *explain*. Les exemples suivants seront données
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avec un rendu texte.
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Expression
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>>> from pymath import txt
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>>> Expression.set_render(txt)
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>>> exp = Expression("1 + 2 * 3")
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>>> exp_simplifiee = exp.simplify()
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>>> print(exp_simplifiee)
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7
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>>> for i in exp_simplifiee.explain():
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... print(i)
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...
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1 + 2 * 3
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1 + 6
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7
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Les opérations autorisées sont les opérations "classique": + - * / ^.
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L'utilisation des parenthèses est aussi gérée.
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.. code-block:: python
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>>> exp = Expression("1 + 2 / 5")
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>>> for i in exp.simplify().explain():
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... print(i)
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...
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1 + 2 / 5
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( 1 * 5 ) / ( 1 * 5 ) + ( 2 * 1 ) / ( 5 * 1 )
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( 5 + 2 ) / 5
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7 / 5
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>>> exp = Expression("(2 + 4)(3 - 4 * 2)")
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>>> for i in exp.simplify().explain():
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... print(i)
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...
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( 2 + 4 ) ( 3 - ( 4 * 2 ) )
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6 * ( 3 - 8 )
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6 * ( -5 )
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-30
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Type de variables et opérations
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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On peut vouloir créer directement des objets (fractions ou polynômes)
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sans passer par le module expression (voir `fraction <fraction.rst>`__
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et `polynom <polynom.rst>`__ pour plus de details)
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import Fraction
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>>> fraction1 = Fraction(1,2)
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>>> fraction2 = Fraction(2,3)
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>>> print(fraction1)
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1 / 2
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>>> from pymath import Polynom
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>>> p = Polynom([1,2,3])
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>>> print(p)
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3 x ^ 2 + 2 x + 1
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>>> q = Polynom([0,0,1])
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x ^ 2
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On peut effectuer des opérations entre les Expressions.
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.. code-block:: python
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>>> fraction_expression = Expression("2 / 3")
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>>> autre_fraction_expression = Expression("4 / 9")
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>>> print(fraction_expression + autre_fraction_expression)
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2 / 3 + 4 / 9
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On remarque qu'un opération sur des expressions, ne fait pas de calculs.
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Elle ne fait que "concaténer" les listes des tokens.
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À l'inverse, les opérations sur les fractions ou les polynômes renvoient
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la liste des étapes jusqu'à leur forme simplifiée
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.. code-block:: python
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>>> addition_fraction = fraction1 + fraction2
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>>> print(addition_fraction)
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7 / 6
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>>> for i in addition_fraction.explain():
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... print(i)
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...
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1 * 3 / 2 * 3 + 2 * 2 / 3 * 2
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( 3 + 4 ) / 6
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7 / 6
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>>> r = p + q
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>>> print(r)
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4 x ^ 2 + 2 x + 1
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>>> for i in r.explain():
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... print(i)
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...
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3 x ^ 2 + x ^ 2 + 2 x + 1
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( 3 + 1 ) x ^ 2 + 2 x + 1
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4 x ^ 2 + 2 x + 1
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Différents rendus
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Comme dit dans l'introduction, il y a deux types de rendus: un rendu
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texte (utilisé depuis le début) et un rendu latex.
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Voici un exemple de l'utilisation du rendu latex (par défaut).
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.. code-block:: python
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>>> exp = Expression("1 + 2 / 5")
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>>> for i in exp.simplify().explain():
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... print(i)
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...
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1 + \frac{ 2 }{ 5 }
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\frac{ 1 \times 5 }{ 1 \times 5 } + \frac{ 2 \times 1 }{ 5 \times 1 }
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\frac{ 5 + 2 }{ 5 }
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\frac{ 7 }{ 5 }
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Pour changer le rendu, on importe le rendu depuis *pymath.render* et on
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appelle la méthode de classe d'Expression *set_render*.
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Voici un exemple d'utilisation du rendu txt
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import txt
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>>> Expression.set_render(txt)
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>>> exp = Expression("1 + 2 / 5")
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>>> for i in exp.simplify().explain():
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... print(i)
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...
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2 / 5 + 2 / 3
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2 * 3 / 5 * 3 + 2 * 5 / 3 * 5
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( 6 + 10 ) / 15
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16 / 15
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Générer des expressions aléatoirement.
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Créer un expression
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Pour créer une expression il faut au moins une chose: la forme de
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l'expression. Toutes les lettres entre accolades seront remplacées par
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des valeurs aléatoires (par défaut entre -10 et 10 et non nulles).
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.. code-block:: python
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>>> form = "2* {a} + 3"
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>>> expression_aleatoire = Expression.random(form)
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>>> print(expression_aleatoire)
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'2 \times 9 + 3'
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>>> print(Expression.random(form,val_min = 30, val_max = 40))
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'2 \times 31 + 3'
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Créer une expression avec conditions
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Parfois il peut être nécessaire d'imposer des conditions sur les
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éléments à générer pour créer des exercices spécifiques.
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.. code-block:: python
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>>> form = "{a} / {b} + {c} / {d}"
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>>> conditions = ["abs({b}) != 1", "{d} > 1", "{b} != {d}", "gcd({a},{b}) == 1", "gcd({c},{d}) == 1"]
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>>> addition_fraction_alea = Expression.random(form, conditions)
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>>> print(addition_fraction_alea)
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'\frac{ 4 }{ 5 } + \frac{ 9 }{ 7 }'
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La méthode pour créer les valeurs avec des conditions est la méthode par
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rejet. Elle n'est pas très efficace et rien n'est encore prévu dans le
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cas où aucune valeur n'est possible.
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Opérations avec les valeurs générées
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Pour éviter de faire tourner la méthode par rejet trop longtemps, il est
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possible de faire des calculs avec les valeurs générées.
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.. code-block:: python
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>>> form = "{a} / {b} + {c} / {k*b}"
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>>> conditions = ["abs({b}) != 1", "{k} > 1", "{b} != {d}", "gcd({a},{b}) == 1", "gcd({c},{k*b}) == 1"]
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>>> random_frac_add_generator = RdExpression(form, conditions)
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>>> print(random_frac_add_generator())
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\frac{ -9 }{ 7 } + \frac{ 1 }{ 28 }
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Rendu des expressions
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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On peut vouloir ne pas passer par la classe Expression pour obtenir
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notre expression (si l'on veut utiliser la racine carré par exemple, ou
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pour créer n'importe quoi qui ne fait pas intervenir d'expression).
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Ainsi pymath ne gère plus le rendu de l'expression ni son calcul.
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La fonction qui permet de faire cela est *random_str*:
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.. code-block:: python
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>>> from pymath import random_str
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>>> form = "{a} / {b} + {c} / {k*b}"
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>>> conditions = ["abs({b}) != 1", "{d} > 1", "{b} != {d}", "gcd({a},{b}) == 1", "gcd({c},{k*b}) == 1"]
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>>> str_addition_fraction = random_str(form, conditions)
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>>> type(str_addition_fraction)
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str
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>>> print(str_addition_fraction)
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-2 / 5 + -8 / 35
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>>> form = "A({a},{b}), B({2*a}, {3*b})"
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>>> points_alea = random_str(form)
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>>> points_alea
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'A(7,5), B(14, 15)'
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On remarque le défaut d'utiliser cette forme, le rendu est moins bien
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fait (dans l'exemple, il n'y a pas de parenthèses autour du -8).
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