Éducation nationale françaiseMathématiques4ème11 min de lecture

Fonctions linéaires et affines

Une version article du chapitre pour comprendre l'essentiel rapidement, vérifier si le niveau correspond, puis basculer vers Wilo pour la pratique guidée et le suivi.

Lecture

5 chapitres

Un parcours éditorialisé et navigable.

Pratique

12 questions

Quiz et cartes mémoire à ouvrir après la lecture.

Objectif

4ème

Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.

Chapitre 1

Introduction aux fonctions

Qu'est-ce qu'une fonction ?

Une fonction est un outil mathématique qui associe à chaque nombre d'entrée (appelé antécédent) un unique nombre de sortie (appelé image). Imagine une machine qui prend un nombre, lui applique une règle (une formule) et te donne un nouveau nombre.

  • Antécédent : C'est le nombre que l'on donne à la fonction. On le représente souvent par la lettre xx.
  • Image : C'est le nombre que la fonction produit. C'est le résultat. On le note f(x)f(x) (prononcé "f de x").
  • La notation f(x)f(x) signifie "l'image de xx par la fonction ff".

Par exemple, si une fonction ff double le nombre que tu lui donnes, alors l'image de 3 est 6, et l'antécédent de 10 est 5.

Représentations d'une fonction

On peut représenter une fonction de différentes manières :

  1. Tableau de valeurs : Il liste des antécédents et leurs images correspondantes.

    xx (Antécédent)f(x)f(x) (Image)
    12
    24
    36
  2. Expression algébrique : C'est la formule mathématique qui définit la fonction. Pour l'exemple ci-dessus, ce serait f(x)=2xf(x) = 2x.

  3. Représentation graphique : C'est un dessin dans un repère (avec un axe des abscisses pour les antécédents xx et un axe des ordonnées pour les images f(x)f(x)). Chaque point du graphique a pour coordonnées (x;f(x))(x; f(x)).

Calcul d'images et d'antécédents

  • Calculer l'image : Pour trouver l'image d'un nombre xx par une fonction ff, on remplace xx par ce nombre dans l'expression algébrique de la fonction.

    • Exemple : Si f(x)=3x+1f(x) = 3x + 1, l'image de 2 est f(2)=3×2+1=7f(2) = 3 \times 2 + 1 = 7.
    • Graphiquement : On part de xx sur l'axe des abscisses, on monte (ou descend) jusqu'à la courbe, puis on lit la valeur sur l'axe des ordonnées.
  • Calculer l'antécédent : Pour trouver l'antécédent d'un nombre yy par une fonction ff, on résout l'équation f(x)=yf(x) = y.

    • Exemple : Si f(x)=3x+1f(x) = 3x + 1, pour trouver l'antécédent de 10, on résout 3x+1=10    3x=9    x=33x + 1 = 10 \implies 3x = 9 \implies x = 3. L'antécédent de 10 est 3.
    • Graphiquement : On part de yy sur l'axe des ordonnées, on va horizontalement jusqu'à la courbe, puis on lit la valeur sur l'axe des abscisses.
    • Une image peut avoir plusieurs antécédents, mais un antécédent n'a toujours qu'UNE SEULE image.

Chapitre 2

Les fonctions linéaires

Définition et propriétés

Une fonction linéaire est une fonction qui décrit une situation de proportionnalité. Sa forme générale est f(x)=axf(x) = ax, où aa est un nombre fixé appelé le coefficient de proportionnalité ou la pente.

  • aa est le coefficient directeur.
  • Si xx est multiplié par un nombre, f(x)f(x) est multiplié par le même nombre.
  • L'image de 0 est toujours 0 : f(0)=a×0=0f(0) = a \times 0 = 0.

Exemple : f(x)=2xf(x) = 2x. Si tu achètes xx stylos à 2€ l'unité, le prix total est f(x)f(x).

Représentation graphique d'une fonction linéaire

La représentation graphique d'une fonction linéaire est toujours une droite qui passe par l'origine du repère (le point (0;0)(0;0)).

  • Pour la tracer, il suffit d'un seul autre point (puisqu'on sait déjà qu'elle passe par l'origine).
  • Le coefficient aa indique la pente de la droite :
    • Si a>0a > 0, la droite "monte" (la fonction est croissante).
    • Si a<0a < 0, la droite "descend" (la fonction est décroissante).
    • Si a=0a = 0, la droite est horizontale (confondue avec l'axe des abscisses).

Détermination d'une fonction linéaire

Pour trouver la formule f(x)=axf(x) = ax d'une fonction linéaire :

  1. À partir d'un point non nul : Si on sait que la droite passe par un point P(xP;yP)P(x_P; y_P) (avec xP0x_P \neq 0), alors yP=a×xPy_P = a \times x_P, donc a=yPxPa = \frac{y_P}{x_P}.
    • Exemple : Si la fonction linéaire passe par (3;6)(3; 6), alors a=63=2a = \frac{6}{3} = 2. Donc f(x)=2xf(x) = 2x.
  2. À partir d'un tableau de valeurs : On choisit une paire (x;f(x))(x; f(x)) du tableau et on calcule a=f(x)xa = \frac{f(x)}{x}.
  3. À partir de la pente : Si on te donne directement la valeur de aa.

Applications des fonctions linéaires

Les fonctions linéaires sont partout où il y a proportionnalité :

  • Calcul de pourcentages : Une réduction de 10% sur un prix PP peut être modélisée par R(P)=0.9PR(P) = 0.9P.
  • Conversions d'unités : Convertir des mètres en centimètres (C(m)=100mC(m) = 100m), ou des euros en dollars.
  • Vitesse constante : Distance parcourue en fonction du temps (D(t)=v×tD(t) = v \times t).

Chapitre 3

Les fonctions affines

Définition et propriétés

Une fonction affine est une fonction dont la forme générale est f(x)=ax+bf(x) = ax + b, où aa et bb sont des nombres fixés.

  • aa est le coefficient directeur ou la pente. Il indique la direction de la droite.
  • bb est l'ordonnée à l'origine. C'est la valeur de f(x)f(x) quand x=0x=0, c'est-à-dire le point où la droite coupe l'axe des ordonnées. f(0)=a×0+b=bf(0) = a \times 0 + b = b.
  • ==Une fonction linéaire est un cas particulier de fonction affine où b=0b=0.==

Exemple : f(x)=2x+3f(x) = 2x + 3. Si un taxi coûte 3€ de prise en charge (bb) plus 2€ par kilomètre parcouru (aa).

Représentation graphique d'une fonction affine

La représentation graphique d'une fonction affine est une droite. Elle ne passe pas nécessairement par l'origine.

  • Pour la tracer, il faut au moins deux points.
    1. Le premier point est facile à trouver : c'est (0;b)(0; b) (l'ordonnée à l'origine).
    2. Pour le deuxième, on choisit une valeur simple pour xx (par exemple x=1x=1) et on calcule f(1)=a×1+b=a+bf(1) = a \times 1 + b = a+b. Le deuxième point est (1;a+b)(1; a+b).
  • L'interprétation de aa et bb :
    • aa : Si xx augmente de 1, f(x)f(x) augmente de aa.
    • bb : C'est la hauteur où la droite coupe l'axe vertical.

Détermination d'une fonction affine

Pour trouver la formule f(x)=ax+bf(x) = ax + b d'une fonction affine :

  1. À partir de deux points : Si la droite passe par A(xA;yA)A(x_A; y_A) et B(xB;yB)B(x_B; y_B) :
    • Calcule d'abord a=yByAxBxAa = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}.
    • Ensuite, utilise un des points pour trouver bb. Par exemple, avec A(xA;yA)A(x_A; y_A), on a yA=axA+by_A = a x_A + b, donc b=yAaxAb = y_A - a x_A.
  2. À partir de la pente et d'un point : Si on te donne aa et un point (xP;yP)(x_P; y_P), tu peux trouver bb en utilisant yP=axP+by_P = a x_P + b.
  3. Lecture graphique de 'a' et 'b' :
    • Lis bb directement sur l'axe des ordonnées (où la droite coupe l'axe yy).
    • Pour aa, pars de l'ordonnée à l'origine, avance de 1 unité vers la droite et regarde de combien d'unités tu montes ou descends pour retrouver la droite.

Cas particuliers des fonctions affines

  • Fonctions linéaires : Quand b=0b=0, la fonction est f(x)=axf(x) = ax. C'est une droite qui passe par l'origine.
  • Fonctions constantes : Quand a=0a=0, la fonction est f(x)=bf(x) = b. C'est une droite horizontale qui passe par le point (0;b)(0; b). L'image est toujours la même, quel que soit l'antécédent.
  • Les autres fonctions affines (a0a \neq 0 et b0b \neq 0) sont des droites obliques.

Chapitre 4

Comparaison et résolution

Différences et similitudes

CaractéristiqueFonction Linéaire (f(x)=axf(x)=ax)Fonction Affine (f(x)=ax+bf(x)=ax+b)
Forme généralef(x)=axf(x) = axf(x)=ax+bf(x) = ax + b
Représentation graphiqueDroite passant par l'origine (0;0)(0;0)Droite (ne passe pas forcément par l'origine)
Ordonnée à l'origineToujours 0bb
ProportionnalitéOuiNon (sauf si b=0b=0)
Exemple concretPrix proportionnel à la quantitéCoût fixe + coût proportionnel

==Les fonctions linéaires sont un cas particulier des fonctions affines (quand b=0b=0).==

Résolution graphique d'équations

Résoudre graphiquement une équation comme f(x)=g(x)f(x) = g(x) (où ff et gg sont des fonctions affines) revient à trouver les coordonnées du point d'intersection de leurs représentations graphiques.

  1. Trace la droite représentant f(x)f(x).
  2. Trace la droite représentant g(x)g(x).
  3. Le point où les deux droites se coupent est la solution. L'abscisse (xx) de ce point est la solution de l'équation. L'ordonnée (yy) est la valeur commune f(x)=g(x)f(x)=g(x).
    • Exemple : Si f(x)=2x+1f(x) = 2x+1 et g(x)=x+4g(x) = -x+4. Le point d'intersection est (1;3)(1;3). Donc x=1x=1 est la solution de 2x+1=x+42x+1 = -x+4.

Résolution algébrique d'équations

Pour résoudre f(x)=g(x)f(x) = g(x) algébriquement :

  1. Remplace f(x)f(x) et g(x)g(x) par leurs expressions. Tu obtiens une équation du premier degré (du type Ax+B=0Ax + B = 0).
  2. Isole xx en suivant les règles de résolution d'équations (ajouter/soustraire la même valeur aux deux côtés, multiplier/diviser par la même valeur non nulle).
  3. N'oublie pas de vérifier ta solution en la remplaçant dans l'équation de départ.

Exemple : Résoudre 2x+1=x+42x + 1 = -x + 4 2x+x=412x + x = 4 - 1 3x=33x = 3 x=33x = \frac{3}{3} x=1x = 1

Chapitre 5

Problèmes et modélisation

Mise en équation de problèmes

Pour modéliser un problème avec une fonction linéaire ou affine :

  1. Identifier les variables : Qu'est-ce qui varie ? Qu'est-ce que tu cherches à calculer ? Souvent, xx est la quantité qui change et f(x)f(x) est le résultat que tu veux obtenir.
  2. Traduire les énoncés : Cherche les mots clés qui indiquent une proportionnalité ("par", "chaque", "pour chaque") pour le coefficient aa, et un coût fixe ou une valeur de départ pour bb.
  3. Choisir le type de fonction :
    • Si c'est purement proportionnel, c'est une fonction linéaire (f(x)=axf(x)=ax).
    • S'il y a un coût de départ ou une valeur fixe, c'est une fonction affine (f(x)=ax+bf(x)=ax+b).

Analyse et interprétation des résultats

Une fois que tu as la fonction et que tu as résolu des équations :

  • Sens des coefficients 'a' et 'b' : Explique ce que signifie aa (le taux de changement, le coût par unité) et bb (la valeur de départ, le coût fixe).
  • Validité des solutions : Une solution mathématique est-elle logique dans le contexte du problème (ex: une longueur ne peut pas être négative) ?
  • Réponse au problème posé : Formule ta réponse clairement, en utilisant les unités appropriées.

Exemples concrets d'application

  • Tarifs (téléphonie, location) : Un forfait téléphonique coûte 15€ par mois (b) + 0,10€ par minute de dépassement (a). Le coût total est C(x)=0,10x+15C(x) = 0,10x + 15.
  • Consommation (carburant, électricité) : Le prix de l'électricité est de 0,15€ par kWh (a) avec un abonnement de 10€ par mois (b). P(x)=0,15x+10P(x) = 0,15x + 10.
  • Croissance/décroissance linéaire : La taille d'une plante augmente de 2 cm par semaine (a), et elle mesurait 10 cm au début (b). T(s)=2s+10T(s) = 2s + 10.

Après la lecture

Passe à la pratique avec deux blocs bien visibles

Une fois le cours lu, ouvre soit le quiz pour vérifier la compréhension, soit les flashcards pour mémoriser les idées importantes. Les deux s'ouvrent dans une fenêtre dédiée.

Quiz + Flashcards

Suite naturelle

Tu veux aller plus loin que l'article ?

Retrouve le même chapitre dans Wilo avec la suite des questions, la répétition espacée, les corrigés complets et une progression suivie dans le temps.