Éducation nationale françaiseMathématiquesSeconde générale et technologique16 min de lecture

Se constituer un repertoire de fonctions de reference

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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

Seconde générale et technologique

Format rapide pour vérifier si le chapitre correspond.

Chapitre 1

Introduction aux Fonctions et Notations

Qu'est-ce qu'une fonction ?

En mathématiques, une fonction est un processus qui, à chaque valeur d'entrée (appelée antécédent), associe une et une seule valeur de sortie (appelée image). C'est comme une machine : tu lui donnes un nombre, et elle te renvoie un autre nombre, toujours le même pour la même entrée.

  • Variable d'entrée (antécédent) : C'est le nombre que l'on donne à la fonction. On le note souvent xx.
  • Variable de sortie (image) : C'est le nombre que la fonction produit. On le note souvent yy ou f(x)f(x).
  • Relation unique : C'est la règle d'or d'une fonction. Pour un même antécédent, il n'y a qu'une seule image possible. Par exemple, si f(x)=x2f(x) = x^2, l'antécédent 2 aura toujours pour image 4, jamais -4.

Différentes représentations d'une fonction

Une fonction peut être présentée de plusieurs manières :

  1. Formule algébrique : C'est l'expression mathématique qui décrit la relation.
    • Exemple : f(x)=2x+3f(x) = 2x + 3 ou g(x)=x21g(x) = x^2 - 1.
  2. Tableau de valeurs : Il liste des couples (antécédent, image).
    • Exemple pour f(x)=2x+3f(x) = 2x + 3 :
      xx (antécédent)f(x)f(x) (image)
      03
      15
      -2-1
  3. Représentation graphique : C'est le dessin de la fonction dans un repère. Chaque point de la courbe a pour coordonnées (x,f(x))(x, f(x)).
    • Le graphique permet de visualiser rapidement le comportement de la fonction (où elle monte, où elle descend, où elle coupe les axes).
  4. Programme de calcul : C'est une suite d'instructions qui décrit comment calculer l'image à partir de l'antécédent.
    • Exemple pour f(x)=2x+3f(x) = 2x + 3 :
      1. Choisir un nombre.
      2. Le multiplier par 2.
      3. Ajouter 3 au résultat.

Vocabulaire et notations

  • f(x)f(x) : Se lit "f de x". C'est la notation standard pour l'image de xx par la fonction ff. Si f(x)=x2f(x) = x^2, alors f(3)=32=9f(3) = 3^2 = 9. Ici, 3 est l'antécédent, et 9 est l'image.
  • Ensemble de définition (Df\mathcal{D}_f ou DfD_f) : C'est l'ensemble de toutes les valeurs de xx pour lesquelles le calcul de f(x)f(x) est possible. Pour la plupart des fonctions que tu verras, ce sera R\mathbb{R} (tous les nombres réels), mais il y a des exceptions (division par zéro, racine carrée d'un nombre négatif).
    • Exemple : Pour f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x}, xx ne peut pas être 0, donc Df=R\mathcal{D}_f = \mathbb{R}^* (tous les réels sauf 0).
  • Image et antécédent :
    • L'image de aa par la fonction ff est f(a)f(a). Elle est unique.
    • Un antécédent de bb par la fonction ff est une valeur xx telle que f(x)=bf(x) = b. Il peut y avoir zéro, un ou plusieurs antécédents pour une même image.
      • Exemple : pour f(x)=x2f(x) = x^2, l'image de 2 est 4. L'image de -2 est aussi 4. Donc 4 a deux antécédents : 2 et -2.
  • Courbe représentative : C'est l'ensemble de tous les points (x,f(x))(x, f(x)) dans un repère. On la note souvent Cf\mathcal{C}_f.

Chapitre 2

Fonctions Affines

Définition et propriétés

Une fonction affine est une fonction ff qui peut s'écrire sous la forme : f(x)=ax+bf(x) = ax + baa et bb sont des nombres réels fixés.

  • Coefficient directeur (pente) : Le nombre aa. Il indique la direction et l'inclinaison de la droite.
    • Si a>0a > 0, la fonction est croissante.
    • Si a<0a < 0, la fonction est décroissante.
    • Si a=0a = 0, la fonction est constante (cas particulier).
  • Ordonnée à l'origine : Le nombre bb. C'est la valeur de f(0)f(0), c'est-à-dire l'endroit où la droite coupe l'axe des ordonnées (l'axe yy).
  • Linéarité : Les fonctions affines sont les plus simples après les fonctions constantes. Elles décrivent des relations où la variation de la variable de sortie est proportionnelle à la variation de la variable d'entrée.

Représentation graphique

La représentation graphique d'une fonction affine est toujours une droite.

  • Tracé à partir de deux points : Pour tracer une droite, il suffit de connaître deux de ses points. On peut choisir deux valeurs de xx, calculer leurs images f(x)f(x), puis placer les points (x,f(x))(x, f(x)) dans le repère et les relier.
    • Exemple : f(x)=2x+1f(x) = 2x + 1
      • Si x=0x=0, f(0)=2(0)+1=1f(0) = 2(0) + 1 = 1. Point (0,1)(0, 1).
      • Si x=1x=1, f(1)=2(1)+1=3f(1) = 2(1) + 1 = 3. Point (1,3)(1, 3).
      • On trace la droite passant par (0,1)(0,1) et (1,3)(1,3).
  • Interprétation graphique de aa et bb :
    • bb est l'ordonnée du point d'intersection de la droite avec l'axe des ordonnées (axe yy).
    • aa est la pente. Si tu te déplaces de 1 unité vers la droite sur l'axe des abscisses, tu montes (si a>0a>0) ou tu descends (si a<0a<0) de aa unités sur l'axe des ordonnées.

Variations et signe

  • Fonction croissante/décroissante :
    • Si a>0a > 0, la fonction est strictement croissante sur R\mathbb{R}. La droite "monte" de gauche à droite.
    • Si a<0a < 0, la fonction est strictement décroissante sur R\mathbb{R}. La droite "descend" de gauche à droite.
    • Si a=0a = 0, la fonction est constante (f(x)=bf(x) = b). La droite est horizontale.
  • Tableau de variations :
    • Pour a>0a > 0 :
      xx-\infty ++\infty
      f(x)f(x)\nearrow
    • Pour a<0a < 0 :
      xx-\infty ++\infty
      f(x)f(x)\searrow
  • Signe de ax+bax+b : Pour trouver le signe de ax+bax+b, on cherche la valeur de xx pour laquelle ax+b=0ax+b = 0. C'est x=bax = -\frac{b}{a}.
    • Si a>0a > 0, ax+bax+b est négatif avant ba-\frac{b}{a} et positif après.
    • Si a<0a < 0, ax+bax+b est positif avant ba-\frac{b}{a} et négatif après.
    • Tableau de signes (pour a>0a>0): | xx | -\infty ba-\frac{b}{a} ++\infty | | :-------- | :---------: :--------------: :-------: | | ax+bax+b | - 0 ++ |

Cas particuliers : fonctions linéaires et constantes

  • Fonction linéaire : C'est une fonction affine où b=0b = 0. Sa forme est f(x)=axf(x) = ax.
    • Sa représentation graphique est une droite qui passe toujours par l'origine du repère (0,0)(0,0).
    • Elle modélise des situations de proportionnalité.
  • Fonction constante : C'est une fonction affine où a=0a = 0. Sa forme est f(x)=bf(x) = b.
    • Sa représentation graphique est une droite horizontale (parallèle à l'axe des abscisses) passant par le point (0,b)(0, b).

Chapitre 3

Fonction Carré

Définition et calcul d'images/antécédents

La fonction carré est définie par : f(x)=x2f(x) = x^2

  • Domaine de définition : R\mathbb{R} (tous les nombres réels). On peut toujours élever un nombre au carré.
  • Calcul de x2x^2 : Pour trouver l'image d'un nombre xx, on le multiplie par lui-même.
    • Exemple : f(3)=32=9f(3) = 3^2 = 9. f(2)=(2)2=4f(-2) = (-2)^2 = 4.
  • Résolution de x2=kx^2 = k :
    • Si k>0k > 0, l'équation x2=kx^2 = k a deux solutions : x=kx = \sqrt{k} et x=kx = -\sqrt{k}.
    • Si k=0k = 0, l'équation x2=0x^2 = 0 a une seule solution : x=0x = 0.
    • Si k<0k < 0, l'équation x2=kx^2 = k n'a aucune solution réelle (car un carré est toujours positif ou nul).

Représentation graphique : la parabole

La représentation graphique de la fonction carré est une courbe appelée parabole.

  • Forme de la parabole : Elle a une forme en "U".
  • Sommet (0,0)(0,0) : Le point le plus bas de la parabole est l'origine du repère (0,0)(0,0). C'est le minimum de la fonction.
  • Symétrie par rapport à l'axe des ordonnées : La parabole est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. Cela signifie que f(x)=(x)2=x2=f(x)f(-x) = (-x)^2 = x^2 = f(x). On dit que la fonction carré est une fonction paire.

Variations et signe

  • Décroissante sur ];0]]-\infty; 0] : Pour les nombres négatifs, plus xx est petit (grand en valeur absolue), plus x2x^2 est grand.
    • Exemple : (3)2=9(-3)^2 = 9, (2)2=4(-2)^2 = 4. De -3 à -2, la fonction "monte".
  • Croissante sur [0;+[[0; +\infty[ : Pour les nombres positifs, plus xx est grand, plus x2x^2 est grand.
    • Exemple : 22=42^2 = 4, 32=93^2 = 9.
  • Toujours positive ou nulle : Pour tout xRx \in \mathbb{R}, x20x^2 \ge 0. La parabole est toujours au-dessus ou touche l'axe des abscisses.
  • Tableau de variations : | xx | -\infty 0 ++\infty | | :------- | :----------------: :--------: :-------: | | f(x)f(x) | \searrow 0 \nearrow |

Comparaison de carrés

  • Ordre et fonction carré :
    • Si 0a<b0 \le a < b, alors a2<b2a^2 < b^2. (Sur [0;+[[0; +\infty[, la fonction carré conserve l'ordre).
    • Si a<b0a < b \le 0, alors a2>b2a^2 > b^2. (Sur ];0]]-\infty; 0], la fonction carré inverse l'ordre).
    • Exemple : 2<3    22<322 < 3 \implies 2^2 < 3^2 (4 < 9).
    • Exemple : 3<2    (3)2>(2)2-3 < -2 \implies (-3)^2 > (-2)^2 (9 > 4).
  • Inégalités avec x2x^2 :
    • x2<kx^2 < k (avec k>0k > 0)     k<x<k\iff -\sqrt{k} < x < \sqrt{k}.
    • x2>kx^2 > k (avec k>0k > 0)     x<k\iff x < -\sqrt{k} ou x>kx > \sqrt{k}.

Chapitre 4

Fonction Inverse

Définition et domaine de définition

La fonction inverse est définie par : f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x}

  • Domaine de définition : On ne peut pas diviser par zéro. Donc xx ne peut pas être égal à 0.
    • Df=R=];0[]0;+[\mathcal{D}_f = \mathbb{R}^* = ]-\infty; 0[ \cup ]0; +\infty[.
  • Valeur interdite : x=0x=0 est la valeur interdite.

Représentation graphique : l'hyperbole

La représentation graphique de la fonction inverse est une courbe appelée hyperbole. Elle est composée de deux branches distinctes et séparées.

  • Deux branches : Une branche dans le premier quadrant (pour x>0x>0) et une autre dans le troisième quadrant (pour x<0x<0).
  • Asymptotes : Les axes de coordonnées sont des asymptotes. Cela signifie que la courbe s'approche de plus en plus des axes sans jamais les toucher.
    • L'axe des ordonnées (x=0x=0) est une asymptote verticale.
    • L'axe des abscisses (y=0y=0) est une asymptote horizontale.
  • Symétrie par rapport à l'origine : L'hyperbole est symétrique par rapport à l'origine du repère (0,0)(0,0). Cela signifie que f(x)=1x=1x=f(x)f(-x) = \frac{1}{-x} = -\frac{1}{x} = -f(x). On dit que la fonction inverse est une fonction impaire.

Variations et signe

  • Décroissante sur ];0[]-\infty; 0[ : Sur cet intervalle, si xx augmente, 1/x1/x diminue.
  • Décroissante sur ]0;+[]0; +\infty[ : Sur cet intervalle aussi, si xx augmente, 1/x1/x diminue.
    • Attention : La fonction n'est pas décroissante sur R\mathbb{R}^* car elle n'est pas définie en 0. Par exemple, 1<1-1 < 1 mais f(1)=1f(-1) = -1 et f(1)=1f(1) = 1. L'ordre n'est pas conservé sur l'ensemble du domaine.
  • Signe de 1/x1/x :
    • Si x>0x > 0, alors 1/x>01/x > 0.
    • Si x<0x < 0, alors 1/x<01/x < 0.
  • Tableau de variations : | xx | -\infty 0 ++\infty | | :------- | :----------------: :--------: :-------: | | f(x)f(x) | \searrow || \searrow | (Les doubles barres indiquent une valeur interdite)

Comparaison d'inverses

  • Ordre et fonction inverse :
    • Si 0<a<b0 < a < b, alors 1a>1b\frac{1}{a} > \frac{1}{b}. (Sur ]0;+[]0; +\infty[, la fonction inverse inverse l'ordre).
    • Si a<b<0a < b < 0, alors 1a>1b\frac{1}{a} > \frac{1}{b}. (Sur ];0[]-\infty; 0[, la fonction inverse inverse l'ordre).
    • Exemple : 2<3    12>132 < 3 \implies \frac{1}{2} > \frac{1}{3} (0.5 > 0.33).
    • Exemple : 3<2    13>12-3 < -2 \implies -\frac{1}{3} > -\frac{1}{2} (-0.33 > -0.5).
  • Inégalités avec 1/x1/x : La résolution d'inéquations avec 1/x1/x nécessite de faire attention au signe de xx et de multiplier par xx (qui change le sens de l'inégalité si x<0x<0). Il est souvent plus simple de ramener l'inéquation à zéro et d'étudier le signe d'une fraction.

Chapitre 5

Fonction Racine Carrée

Définition et domaine de définition

La fonction racine carrée est définie par : f(x)=xf(x) = \sqrt{x}

  • Domaine de définition : On ne peut calculer la racine carrée que d'un nombre positif ou nul.
    • Df=[0;+[\mathcal{D}_f = [0; +\infty[.
  • Valeurs positives : La fonction racine carrée ne renvoie jamais de nombre négatif. x0\sqrt{x} \ge 0.

Représentation graphique

La représentation graphique de la fonction racine carrée est une courbe qui ressemble à la moitié supérieure d'une parabole "couchée" sur le côté.

  • Courbe partant de l'origine : Le point de départ est (0,0)(0,0).
  • Croissance lente : La courbe monte, mais de moins en moins vite à mesure que xx augmente.
  • Forme caractéristique : Elle ne se trouve que dans le premier quadrant.

Variations et signe

  • Toujours croissante sur son domaine : Pour tout a,b[0;+[a, b \in [0; +\infty[ : si 0a<b0 \le a < b, alors a<b\sqrt{a} < \sqrt{b}.
    • Exemple : 4=2\sqrt{4} = 2, 9=3\sqrt{9} = 3.
  • Toujours positive ou nulle : Pour tout x[0;+[x \in [0; +\infty[, x0\sqrt{x} \ge 0. La courbe est toujours au-dessus ou touche l'axe des abscisses.
  • Tableau de variations : | xx | 0 ++\infty | | :------- | :--------: :-------: | | f(x)f(x) | 0 \nearrow |

Comparaison de racines carrées

  • Ordre et fonction racine carrée : Si 0a<b0 \le a < b, alors a<b\sqrt{a} < \sqrt{b}.
    • La fonction racine carrée conserve l'ordre sur son domaine de définition.
  • Inégalités avec x\sqrt{x} :
    • Pour k0k \ge 0 : x<k    0x<k2\sqrt{x} < k \iff 0 \le x < k^2.
    • Pour k0k \ge 0 : x>k    x>k2\sqrt{x} > k \iff x > k^2.
    • Si k<0k < 0, l'inéquation x<k\sqrt{x} < k n'a pas de solution (car x\sqrt{x} est toujours positif).
    • Si k<0k < 0, l'inéquation x>k\sqrt{x} > k a pour solution l'ensemble de définition de x\sqrt{x}, c'est-à-dire [0;+[[0;+\infty[.

Chapitre 6

Synthèse et Utilisation des Fonctions de Référence

Résumé des propriétés clés

Il est essentiel de connaître les propriétés de base de chaque fonction de référence :

FonctionForme généraleDomaine de définitionSens de variationSigneParité (Symétrie)
Affineax+bax+bR\mathbb{R}Croissante si a>0a>0, Décroissante si a<0a<0, Constante si a=0a=0Dépend de aa et bbNi paire, ni impaire (sauf cas b=0b=0 ou a=0a=0)
Carréx2x^2R\mathbb{R}Décroissante sur ];0]]-\infty;0], Croissante sur [0;+[[0;+\infty[Toujours 0\ge 0Paire (axe des ordonnées)
Inverse1/x1/xR\mathbb{R}^*Décroissante sur ];0[]-\infty;0[, Décroissante sur ]0;+[]0;+\infty[Positif si x>0x>0, Négatif si x<0x<0Impaire (origine)
Racine Carréex\sqrt{x}[0;+[[0;+\infty[Croissante sur [0;+[[0;+\infty[Toujours 0\ge 0Ni paire, ni impaire
  • Parité :
    • Paire : f(x)=f(x)f(-x) = f(x). La courbe est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. (Ex: x2x^2)
    • Impaire : f(x)=f(x)f(-x) = -f(x). La courbe est symétrique par rapport à l'origine. (Ex: 1/x1/x, axax)
    • La plupart des fonctions ne sont ni paires ni impaires.

Lecture graphique et interprétation

La représentation graphique est un outil puissant pour comprendre une fonction.

  • Détermination d'images/antécédents :
    • Pour trouver l'image de x0x_0, on se place sur x0x_0 sur l'axe des abscisses, on monte (ou descend) jusqu'à la courbe, puis on lit l'ordonnée correspondante sur l'axe des ordonnées.
    • Pour trouver les antécédents de y0y_0, on se place sur y0y_0 sur l'axe des ordonnées, on trace une horizontale jusqu'à la courbe, puis on lit les abscisses correspondantes sur l'axe des abscisses.
  • Résolution graphique d'équations/inéquations :
    • f(x)=kf(x) = k : chercher les points d'intersection de la courbe Cf\mathcal{C}_f avec la droite horizontale y=ky=k. Les abscisses de ces points sont les solutions.
    • f(x)<kf(x) < k : identifier les parties de la courbe qui sont en dessous de la droite y=ky=k. Les abscisses correspondantes forment l'ensemble des solutions.
  • Tableau de signes et de variations : On peut déduire le tableau de signes (quand la courbe est au-dessus/en-dessous de l'axe des abscisses) et le tableau de variations (quand la courbe monte/descend) directement de la lecture graphique.

Application à la résolution de problèmes

Les fonctions de référence sont utilisées pour modéliser des situations concrètes dans de nombreux domaines : physique, économie, biologie, etc.

  • Choix de la fonction appropriée :
    • Proportionnalité : fonction linéaire (f(x)=axf(x)=ax).
    • Relation linéaire avec un coût fixe/initial : fonction affine (f(x)=ax+bf(x)=ax+b).
    • Phénomènes paraboliques (trajectoires, aires) : fonction carré (f(x)=x2f(x)=x^2).
    • Relations inverses (temps/vitesse, pression/volume) : fonction inverse (f(x)=1/xf(x)=1/x).
    • Croissance graduelle à partir de zéro, relations géométriques (côtés/aires) : fonction racine carrée (f(x)=xf(x)=\sqrt{x}).
  • Interprétation des résultats : Une fois le problème modélisé et résolu mathématiquement, il est crucial de traduire les résultats dans le contexte du problème initial. Par exemple, une solution négative pour une longueur n'a pas de sens physique.

En maîtrisant ces fonctions de référence, tu construis une base solide pour aborder la suite de ton parcours en mathématiques !

Après la lecture

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