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FONCTIONS DU SECOND DEGRÉ ET
HOMOGRAPHIQUES
Ph DEPRESLE
26 juin 2015
Table des matières
1 Fonction carré2
1.1 Fonctionx?→x2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Fonctionx?→ax2, a?= 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Fonctions polynôme de degré 23
2.1 Définition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Variations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Exemple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Représentation graphique d"une fonction trinôme. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Fonction inverse5
3.1 Fonctionx?→1x. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Fonctionx?→ax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 Fonctions homographiques6
4.1 Exemple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.2 Représentation graphique d"une fonction homographique. . . . . . . . . . . . . . 8
5 Les exercices9
6 Les exercices corrigés11
1 Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde1 Fonction carré
1.1 Fonctionx?→x2
Définition 1.La fonction carré est définie surRpar :f(x) =x2. Sa courbe représentative dans
un repère orthogonal est appelée parabole d"équationy=x2, de sommet le centreOdu repère. x-∞0 +∞ x2????0?? 1231 2-1-2
Propriétés 1.La fonction carré est strictement décroissante sur]- ∞,0]et strictement crois-
sante sur[0,+∞[Démonstration
Soientx1< x2?0
x12-x22= (x1-x2)(x1+x2)
orx1+x2<0carx1etx2sont négatifs. etx1-x2<0carx1< x2 doncx12-x22est positif comme produit de deux négatifs doncx12?x22et la fonction carrée est décroissante sur]- ∞,0]. Même démonstration pour montrer que la fonction carrée est croissante sur[0,+∞[.1.2 Fonctionx?→ax2, a?= 0
Sia >0
x-∞0 +∞ ax2? ???0?? OSia <0
x-∞0 +∞ ax2????0 O Définition 2.La courbe représentative defdans un repère orthogonal est appelée parabole d"équationy=ax2, de sommet le centreOdu repère. Sia >0on dit que la parabole est tournée vers le haut. Sia <0on dit que la parabole est tournée vers le bas.Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 2 sur
14 Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde2 Fonctions polynôme de degré 2
2.1 Définition
Définition 3.Une fonction polynôme du second degré (ou trinôme) est une fonction définie sur
Rparf:x?→ax2+bx+c,oùa,b,csont trois nombres réels tels quea?= 0.Exemple :
f:x?→2x2+x3+ 2etg:x?→ -x2+ 5 +⎷2sont des fonctions polynôme du second degré.
2.2 Variations
Propriétés 2.
Soitfune fonction polynôme du second degré définie surRparx?→ax2+bx+c,oùa?= 0. ?Sia >0, alors la fonctionfest d"abord décroissante puis croissante. ?Sia <0, alors la fonctionfest d"abord croissante puis décroissante.Démonstration
Soitfune fonction polynôme du second degré définie surRparf:x?→ax2+bx+c,oùa?= 0.Considérons les intervalles]- ∞;-b
2a]et[-b2a;+∞[.
Soientx1etx2deux nombres distincts de[-b
2a;+∞[avecx2> x1
?On ax1?-b2aetx2?-b2adoncx1+x2?-ba
Ce qui prouve quex1+x2+b
a?0(1) ?Calculonsf(x2)-f(x1) f(x2)-f(x1) = (ax22+bx2+c)-(ax12+bx1+c) =a(x22-x12) +b(x2-x1) =a(x2+x1)(x2-x1) +b(x2-x1) = (x2-x1)(a(x2+x1) +b) =a(x2-x1)(x1+x2+b a)On a :
-a >0car on est dans ce cas. -x2-x1>0car on a choisix2> x1 -x1+x2+b a>0d"après (1) Le produit de trois nombres positifs est positif doncf(x2)-f(x1)>0. On a supposéx2> x1et on af(x2)> f(x1)doncfest croissante sur[-b2a;+∞[.
On démontre de la même manière quefest décroissante sur[∞;-b 2a[.Étudions le cas oua <0:
Le raisonnement est le même.
Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 3 sur14
Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde2.3 Exemple
Soitf:x?→2x2+ 4x-2. C"est une fonction polynôme du second degré. On peut écriref(x)sous la formef(x) = 2(x+ 1)2-4. fa pour minimum -4, atteint en -1. SoitPsa représentation graphique dans le repère orthogonal (O,#»i ,#»j).M(x,y)?P??y=f(x)
??y= 2x2+ 4x-2 ??y= 2(x+ 1)2-4 ??y+ 4 = 2(x+ 1)2 ??Y= 2X2On a posé
?X=x+ 1 et Y=y+ 4ce qui revient à changer de repère et à prendre pour nouveau repère (Ω,#»i ,#»j)avecΩ(-1,-4). Yy X x ?i i? j j ?O ?MDans(O,#»i ,#»j),Ma pour coordonnées(x,y)et dans(Ω,#»i ,#»j),Ma pour coordonnées(X,Y).
Pa pour équationY= 2X2dans(Ω,#»i ,#»j), c"est donc une parabole de sommetΩ(-1,-4)et tournée vers le haut.Les variations defsont :
x-∞ -1 +∞ f(x)????-4?? et sa courbe est 12 -1 -2 -3 -41-1-2-3Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 4 sur14
Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde2.4 Représentation graphique d"une fonction trinôme
Soitf:x?→ax2+bx+c(a?= 0)une fonction trinôme.Théorème 1.(admis)
Il existe deux réelsαetβtels que, pour toutxréel,f(x) =a(x-α)2+β.Cette expression s"appelle forme canonique def.
Soitfune fonction polynôme du second degré dont forme canonique est :f(x) =a(x-α)2+β.
Sia >0f(x)?βpour toutx?R, etβest le minimum defatteint pourx=α. Sia <0f(x)?βpour toutx?R, etβest le maximum defatteint pourx=α. SoitPla représentation graphique defdans(O,#»i ,#»j).M(x,y)?P??y=a(x-α)2+β
??y-β=a(x-α)2 ??Y=aX2 en posant ?X=x-αY=y-β
(X,Y)sont alors les coordonnées deMdans le nouveau repère(Ω,#»i ,#»j)oùΩest le point
de coordonnées(α,β)dans(O,#»i ,#»j).Y=aX2est une équation de parabole, donc :
Pest une parabole de sommetΩ(α,β)et tournée vers le haut sia >0 Pest une parabole de sommetΩ(α,β)et tournée vers le bas sia <0Les variations defsont alors :
Sia >0
x-∞α+∞ ax2+bx+c????β??Sia <0
x-∞α+∞ ax2+bx+c????β Propriétés 3.La représentation graphique d"une fonction trinôme est uneparabole.3 Fonction inverse
3.1 Fonctionx?→1
x Définition 4.La fonction inverse est définie surR\{0}par :f(x) =1 x. Sa courbe représentative dans un repère orthogonal est appelée hyperbole. Elle admetl"origineOdu repère comme centre de symétrie.Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 5 sur
14 Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde x-∞0 +∞ 1 x O Propriétés 4.La fonction inverse est strictement décroissante sur]- ∞,0[et strictement décroissante sur]0,+∞[.Démonstration
Soientx1< x2<0
1 x1-1x2=x2-x1x1x2>0carx2> x1etx1x2produit de deux négatifs est positif donc1x1>1x2. et la fonction inverse est décroissante sur]- ∞,0[. Même démonstration pour montrer que la fonction inverse estdécroissante sur]0,+∞[.3.2 Fonctionx?→ax
Sia >0
x-∞0 +∞ a x OSia <0
x-∞0 +∞ a x O4 Fonctions homographiques
Définition 5.Une fonction homographique est de la formex?→ax+b cx+d, c?= 0.Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 6 sur
14 Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde4.1 Exemple
Soitf:x?→2x+ 1
x-1surR\ {1}. C"est une fonction homographique. Sa forme réduite est f(x) = 2 +3 x-1. Ses variations ont été étudiées au chapitre précédent. x-∞ -1 +∞2 +3x+ 1
SoitHsa représentation graphique dans le repère(O,#»i ,#»j).M(x,y)?H??y=f(x)
??y=2x+ 1 x-1 ??y= 2 +3 x-1 ??y-2 =3 x-1 ??Y=3XOn a posé
?X=x-1 et Y=y-2Ce qui est revenu à changer de repère et à prendre pour nouveaurepère(Ω,#»i ,#»j)avecΩ(1,2).
YyX x ?i? i j? j O ?MDans ce dessin les coordonnées deMdans
(O,#»i ,#»j)sont (3,1) et les coordonnées deMdans(Ω,#»i ,#»j)sont (2,-1).
M(x,y)dans(O,#»i ,#»j)
M(X,Y)dans(Ω,#»i ,#»j)
Ha pour équationY=3
Xdans(Ω,#»i ,#»j), c"est donc une hyperbole dont le centre de symétrieestΩ, et dont les asymptotes sont les axes du nouveau repère, c"est à dire les droites d"équation
x= 1ety= 2.Notes de cours: Ph DEPRESLEPage 7 sur
14 Chapitre : Fonctions du second degré et homographiques Seconde 24-2 -42 4 6-2-4-6Ω?
4.2 Représentation graphique d"une fonction homographique
Propriétés 5.toute fonction homographique se met sous forme réduitex?→A+B x-α, avecB?= 0.
Dans les deux cas la représentation graphique est une hyperbole de centreΩ(α,A)et d"asymptotes
les droites d"équationx=αety=A x?→1 x-αest de la forme1uavecu:x?→x-αcroissante surR.