Éducation nationale françaiseSpécialité MathématiquesPremière générale14 min de lecture

Resoudre graphiquement une equation ou une inequation

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Lecture

6 chapitres

Un parcours éditorialisé et navigable.

Pratique

12 questions

Quiz et cartes mémoire à ouvrir après la lecture.

Objectif

Première générale

Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.

Chapitre 1

Introduction aux fonctions et représentations graphiques

Rappel sur la notion de fonction

Une fonction est un processus mathématique qui associe à chaque valeur d'entrée (appelée variable indépendante) une et une seule valeur de sortie (appelée variable dépendante). On la note souvent f:xf(x)f: x \mapsto f(x) ou y=f(x)y = f(x).

  • Variable indépendante : C'est la valeur que l'on choisit. On la représente souvent par xx.
  • Variable dépendante : C'est le résultat de la fonction pour une valeur de xx donnée. On la représente souvent par yy ou f(x)f(x).
  • Image : Pour une fonction ff et un nombre xx, l'image de xx par ff est la valeur f(x)f(x). Il n'y a qu'une seule image pour un xx donné.
  • Antécédent : Pour une fonction ff et un nombre yy, un antécédent de yy par ff est un nombre xx tel que f(x)=yf(x) = y. Un nombre yy peut avoir zéro, un ou plusieurs antécédents.

Exemple : Si f(x)=x2f(x) = x^2, alors l'image de 2 est f(2)=22=4f(2) = 2^2 = 4. Les antécédents de 9 sont 3-3 et 33 car f(3)=(3)2=9f(-3) = (-3)^2 = 9 et f(3)=32=9f(3) = 3^2 = 9.

Représentation graphique d'une fonction

La représentation graphique d'une fonction ff est l'ensemble de tous les points (x,f(x))(x, f(x)) dans un plan.

  • Le plan cartésien : C'est un plan muni de deux axes perpendiculaires : l'axe des abscisses (horizontal, souvent noté xx) et l'axe des ordonnées (vertical, souvent noté yy). L'intersection des deux axes est l'origine (0,0)(0,0).
  • Tracé de courbes à partir de points : Pour tracer la courbe d'une fonction, on calcule les images de plusieurs valeurs de xx, ce qui nous donne des couples (x,f(x))(x, f(x)). On place ensuite ces points dans le plan cartésien et on les relie pour former la courbe.
  • Interprétation des axes :
    • L'axe des abscisses représente les valeurs de la variable indépendante xx.
    • L'axe des ordonnées représente les valeurs de la variable dépendante yy (ou f(x)f(x)).

Lecture graphique de l'image et de l'antécédent

La représentation graphique est un outil puissant pour visualiser les relations entre xx et f(x)f(x).

  • Déterminer f(x)f(x) à partir de xx (lecture de l'image) :

    1. Placez-vous sur l'axe des abscisses à la valeur xx donnée.
    2. Montez ou descendez verticalement jusqu'à rencontrer la courbe de la fonction.
    3. Lisez la valeur sur l'axe des ordonnées correspondant au point d'intersection. Cette valeur est f(x)f(x). Exemple : Pour trouver f(1)f(1), on part de x=1x=1 sur l'axe horizontal, on monte jusqu'à la courbe, puis on lit l'ordonnée correspondante.
  • Déterminer xx tel que f(x)=yf(x) = y (lecture de l'antécédent) :

    1. Placez-vous sur l'axe des ordonnées à la valeur yy donnée.
    2. Tracez une droite horizontale passant par ce yy.
    3. Identifiez tous les points où cette droite coupe la courbe de la fonction.
    4. Lisez les valeurs sur l'axe des abscisses correspondant à ces points d'intersection. Ce sont les antécédents de yy.
    • Cas où il y a plusieurs antécédents : Il est courant qu'une valeur yy ait plusieurs antécédents. Par exemple, pour f(x)=x2f(x) = x^2, si y=4y=4, les antécédents sont x=2x=-2 et x=2x=2. Graphiquement, la droite y=4y=4 coupe la parabole en deux points.
    • Cas où il n'y a pas d'antécédent : Si la droite horizontale ne coupe pas la courbe, il n'y a pas d'antécédent. Par exemple, pour f(x)=x2f(x) = x^2, la droite y=1y=-1 ne coupe pas la courbe car x2x^2 ne peut jamais être négatif.

Chapitre 2

Résolution graphique d'équations de type f(x) = k

Comprendre l'équation f(x) = k

Résoudre l'équation f(x)=kf(x) = k signifie trouver toutes les valeurs de xx (les antécédents) pour lesquelles la fonction ff prend la valeur kk.

  • Signification de 'k' : kk est une constante, un nombre réel donné.
  • Lien avec l'ordonnée : Dans le plan cartésien, f(x)f(x) représente l'ordonnée des points de la courbe. Donc, f(x)=kf(x) = k signifie que l'ordonnée des points recherchés est égale à kk.
  • Intersection avec une droite horizontale : L'ensemble des points dont l'ordonnée est kk est une droite horizontale d'équation y=ky = k. Résoudre f(x)=kf(x) = k revient donc à trouver les abscisses des points d'intersection entre la courbe de ff et la droite horizontale y=ky = k.

Méthode de résolution graphique

  1. Tracer la droite y=ky = k : Sur le même graphique que la courbe de ff, tracez la droite horizontale qui passe par l'ordonnée kk.
  2. Identifier les points d'intersection : Repérez tous les points où la droite y=ky=k coupe la courbe de la fonction ff.
  3. Lire les abscisses des points d'intersection : Pour chaque point d'intersection, déterminez sa coordonnée xx en projetant le point sur l'axe des abscisses. Ces valeurs de xx sont les solutions de l'équation f(x)=kf(x) = k.

Nombre de solutions possibles

Selon la fonction ff et la valeur de kk, le nombre de solutions peut varier :

  • Aucune solution : La droite y=ky=k ne coupe pas la courbe de ff. L'ensemble des solutions est vide : \emptyset.
  • Une solution unique : La droite y=ky=k coupe la courbe de ff en un seul point.
  • Plusieurs solutions : La droite y=ky=k coupe la courbe de ff en plusieurs points.

Exemples et cas particuliers

  • Fonctions linéaires et affines : Pour une fonction linéaire (f(x)=axf(x) = ax) ou affine (f(x)=ax+bf(x) = ax+b), la courbe est une droite. La droite y=ky=k coupera généralement cette droite en un seul point (sauf si a=0a=0 et kbk \neq b).
  • Fonctions quadratiques : Pour une fonction quadratique (f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2+bx+c, une parabole), la droite y=ky=k peut couper la parabole en 0, 1 (si elle est tangente au sommet) ou 2 points.
  • Valeurs approchées : La lecture graphique donne souvent des valeurs approchées des solutions, surtout si les points d'intersection ne tombent pas sur des graduations exactes. Pour des valeurs exactes, une résolution algébrique est nécessaire.

Chapitre 3

Résolution graphique d'équations de type f(x) = g(x)

Interprétation de l'équation f(x) = g(x)

Résoudre l'équation f(x)=g(x)f(x) = g(x) signifie trouver les valeurs de xx pour lesquelles les fonctions ff et gg ont la même image.

  • Points d'intersection de deux courbes : Graphiquement, cela correspond aux points où les courbes représentatives des fonctions ff et gg se rencontrent. À ces points, les deux fonctions ont la même ordonnée pour la même abscisse.
  • Abscisses communes : Les solutions de l'équation sont les abscisses xx de ces points d'intersection.
  • Ordonnées égales : Au niveau des points d'intersection, les yy-coordonnées sont identiques pour les deux courbes.

Procédure de résolution graphique

  1. Tracer les courbes de ff et gg : Dessinez les représentations graphiques des deux fonctions ff et gg sur le même repère.
  2. Localiser les points d'intersection : Identifiez tous les points où la courbe de ff et la courbe de gg se croisent.
  3. Déterminer les abscisses des points : Pour chaque point d'intersection, lisez la valeur de son abscisse sur l'axe des xx. Ces abscisses sont les solutions de l'équation f(x)=g(x)f(x) = g(x).

Analyse du nombre de solutions

  • Absence d'intersection : Si les courbes ne se coupent jamais, l'équation n'a pas de solution.
  • Tangence : Si les courbes se touchent en un seul point sans se croiser (elles sont tangentes), il y a une solution unique.
  • Intersections multiples : Les courbes peuvent se croiser en plusieurs points, indiquant plusieurs solutions distinctes.

Chapitre 4

Résolution graphique d'inéquations de type f(x) > k ou f(x) < k

Comprendre l'inéquation f(x) > k (ou < k)

Résoudre une inéquation comme f(x)>kf(x) > k signifie trouver toutes les valeurs de xx pour lesquelles la valeur de la fonction f(x)f(x) est strictement supérieure à kk. De même, f(x)<kf(x) < k signifie trouver les xx pour lesquels f(x)f(x) est strictement inférieure à kk.

  • Signification de 'supérieur' ou 'inférieur' : Ces termes indiquent une relation de position verticale entre la courbe de la fonction et la droite horizontale y=ky=k.
  • Position de la courbe par rapport à la droite y=ky = k :
    • f(x)>kf(x) > k : La courbe de ff est au-dessus de la droite y=ky=k.
    • f(x)<kf(x) < k : La courbe de ff est en-dessous de la droite y=ky=k.
    • f(x)kf(x) \ge k : La courbe de ff est au-dessus ou touche la droite y=ky=k.
    • f(x)kf(x) \le k : La courbe de ff est en-dessous ou touche la droite y=ky=k.
  • Intervalle de solutions : Les solutions d'une inéquation sont généralement des intervalles ou des unions d'intervalles de valeurs de xx.

Méthode de résolution graphique

  1. Tracer la droite y=ky = k : Dessinez la droite horizontale y=ky=k sur le même graphique que la courbe de ff.
  2. Identifier les parties de la courbe au-dessus/en-dessous :
    • Pour f(x)>kf(x) > k, identifiez les sections de la courbe de ff qui sont strictement au-dessus de la droite y=ky=k.
    • Pour f(x)<kf(x) < k, identifiez les sections de la courbe de ff qui sont strictement en-dessous de la droite y=ky=k.
  3. Lire les intervalles d'abscisses correspondants : Pour chaque section identifiée, déterminez l'intervalle des valeurs de xx (sur l'axe des abscisses) qui correspondent à cette section. Ces intervalles constituent l'ensemble des solutions. Les points d'intersection avec la droite y=ky=k sont les bornes de ces intervalles.

Notation des ensembles de solutions

  • Utilisation des crochets pour les intervalles :
    • Les parenthèses ( ou ) indiquent que la borne est exclue de l'intervalle (pour les inégalités strictes >> ou <<, ou si la fonction n'est pas définie à ce point).
    • Les crochets [ ou ] indiquent que la borne est incluse dans l'intervalle (pour les inégalités larges \ge ou \le).
  • Inclusion ou exclusion des bornes :
    • Pour f(x)>kf(x) > k ou f(x)<kf(x) < k, les valeurs de xx pour lesquelles f(x)=kf(x)=k (les abscisses des points d'intersection) sont exclues des solutions.
    • Pour f(x)kf(x) \ge k ou f(x)kf(x) \le k, ces valeurs sont incluses.
    • L'infini (,+)(-\infty, +\infty) est toujours exclu (parenthèses).
  • Union d'intervalles : Si la solution est composée de plusieurs intervalles discontinus, on les relie par le symbole d'union \cup. Exemple : Si la courbe est au-dessus de y=ky=k pour x[3,1]x \in [-3, -1] et pour x[2,5]x \in [2, 5], l'ensemble solution est [3,1][2,5][-3, -1] \cup [2, 5].

Chapitre 5

Résolution graphique d'inéquations de type f(x) > g(x)

Interprétation de l'inéquation f(x) > g(x)

Résoudre l'inéquation f(x)>g(x)f(x) > g(x) signifie trouver toutes les valeurs de xx pour lesquelles la courbe de la fonction ff est strictement au-dessus de la courbe de la fonction gg.

  • Position relative des deux courbes : On compare la position verticale des deux courbes.
  • Quand la courbe de ff est au-dessus de celle de gg : C'est la condition f(x)>g(x)f(x) > g(x).
  • Quand la courbe de ff est en-dessous de celle de gg : C'est la condition f(x)<g(x)f(x) < g(x).

Procédure de résolution graphique

  1. Tracer les deux courbes ff et gg : Représentez graphiquement les deux fonctions sur le même repère.
  2. Identifier les points d'intersection (bornes) : Les points où f(x)=g(x)f(x) = g(x) sont cruciaux. Ils définissent les bornes des intervalles où l'une des fonctions est supérieure à l'autre.
  3. Déterminer les intervalles où ff est supérieure (ou inférieure) à gg :
    • Pour f(x)>g(x)f(x) > g(x), identifiez les portions de l'axe des abscisses pour lesquelles la courbe de ff est visiblement située au-dessus de celle de gg.
    • Pour f(x)<g(x)f(x) < g(x), identifiez les portions de l'axe des abscisses pour lesquelles la courbe de ff est située en-dessous de celle de gg.
    • Mettez en évidence ces portions sur l'axe des xx.

Cas des inégalités larges et strictes

  • f(x)g(x)f(x) \ge g(x) vs f(x)>g(x)f(x) > g(x) :
    • Pour une inégalité stricte (>> ou << ), les abscisses des points d'intersection (où f(x)=g(x)f(x) = g(x)) sont exclues des solutions. On utilise des parenthèses ( ou ).
    • Pour une inégalité large (\ge ou \le), les abscisses des points d'intersection sont incluses dans les solutions. On utilise des crochets [ ou ].
  • Impact sur l'inclusion des bornes : L'utilisation correcte des crochets est essentielle pour la validité de l'ensemble solution.

Exemple : Si les courbes se coupent en x=2x=-2 et x=3x=3, et que f(x)>g(x)f(x) > g(x) entre ces deux valeurs, alors :

  • La solution de f(x)>g(x)f(x) > g(x) est S=(2,3)S = (-2, 3).
  • La solution de f(x)g(x)f(x) \ge g(x) est S=[2,3]S = [-2, 3].

Chapitre 6

Applications et erreurs courantes

Exemples concrets d'application

La résolution graphique est un outil polyvalent pour :

  • Problèmes d'optimisation : Trouver le maximum ou le minimum d'une fonction (par exemple, le profit maximal, le coût minimal) en observant le sommet ou le point le plus bas/haut de la courbe.
  • Comparaison de coûts/revenus : Déterminer quand une option est plus rentable qu'une autre en comparant leurs courbes de coût ou de revenu. Par exemple, à partir de quel volume de production une entreprise devient-elle rentable (Recettes(x)>Cou^ts(x)Recettes(x) > Coûts(x)).
  • Modélisation de phénomènes : Analyser l'évolution de grandeurs physiques, biologiques ou économiques. Par exemple, quand une population dépasse un certain seuil, ou quand la concentration d'un produit chimique devient dangereuse.

Précision de la lecture graphique

  • Limites de la méthode graphique : La résolution graphique est excellente pour une première approche, pour visualiser le problème et estimer les solutions. Cependant, elle est souvent limitée en précision. Les lectures sont sujettes à l'épaisseur du trait, à la qualité du tracé et à l'échelle du graphique.
  • Importance de la clarté du tracé : Un graphique bien tracé, avec des graduations claires et une échelle appropriée, permet une meilleure estimation des solutions.
  • Estimation et valeurs approchées : Les solutions obtenues graphiquement sont souvent des valeurs approchées. Lorsque des valeurs exactes sont requises, une résolution algébrique (par le calcul) est indispensable.

Erreurs fréquentes à éviter

  • Confondre abscisses et ordonnées : Toujours bien distinguer ce que l'on cherche :
    • Pour f(x)=kf(x)=k, on cherche les xx (abscisses) des points d'ordonnée kk.
    • Quand on lit une image f(a)f(a), on part de l'abscisse aa pour trouver l'ordonnée f(a)f(a).
  • Oublier des solutions : Pour les équations et inéquations, assurez-vous d'identifier tous les points d'intersection ou toutes les sections de la courbe qui satisfont la condition. Il est facile d'en manquer si le graphique n'est pas assez étendu ou détaillé.
  • Mauvaise interprétation des inégalités :
    • Strictes vs. Larges : Bien faire la différence entre >> (ou <<) qui exclut les bornes, et \ge (ou \le) qui les inclut. Cela affecte les crochets des intervalles.
    • Au-dessus vs. En-dessous : Pour f(x)>g(x)f(x) > g(x), on cherche quand ff est au-dessus de gg. Pour f(x)<g(x)f(x) < g(x), on cherche quand ff est en-dessous de gg.
  • Erreurs d'échelle : Ne pas respecter l'échelle des axes peut fausser complètement la représentation et donc les solutions.
  • Tracé imprécis : Un tracé à main levée approximatif peut mener à des erreurs de lecture significatives. Utilisez toujours une règle et un crayon bien taillé.

Après la lecture

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