Exercices types : Comment bien choisir la forme adaptée d'une fonction polynôme du second degré (sans discriminant)\red{\text{(sans discriminant)}} - Exercice 3

1 min
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On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(2x−4)2−(x+3)2f\left(x\right)=\left(2x-4\right)^{2} -\left(x+3\right)^{2}
Question 1

Montrer que ff est une fonction polynôme du second degré.

Correction
    Les identiteˊs remarquables\purple{\text{Les identités remarquables}}
  • (a+b)2=a2+2ab+b2\left({\color{blue}a}+{\color{red}b}\right)^{2} ={\color{blue}a}^{2} +2{\color{blue}a}{\color{red}b}+{\color{red}b}^{2}
  • (a−b)2=a2−2ab+b2\left({\color{blue}a}-{\color{red}b}\right)^{2} ={\color{blue}a}^{2} -2{\color{blue}a}{\color{red}b}+{\color{red}b}^{2}
  • f(x)=(2x−4)2−(x+3)2f\left(x\right)=\left(2x-4\right)^{2} -\left(x+3\right)^{2} équivaut successivement à :
    f(x)=(2x)2−2×2x×4+42−(x2+2×x×3+32)f\left(x\right)=(2x)^{2} -2\times 2x\times 4+4^{2} -(x^{2} +2\times x\times 3+3^{2} )
    f(x)=4x2−16x+16−(x2+6x+9)f\left(x\right)=4x^{2} -16x+16-(x^{2} +6x+9)
    f(x)=4x2−16x+16−x2−6x−9f\left(x\right)=4x^{2} -16x+16-x^{2} -6x-9
    Ainsi :
    f(x)=3x2−22x+7f\left(x\right)=3x^{2} -22x+7
    Une fonction ff est une fonction polynôme du second degré s'il existe trois réels aa, bb et cc avec a≠0a\ne0, tels que pour tout réel xx on a : f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^{2} +bx+c
    Nous savons que f(x)=3x2−22x+7f(x)=3x^{2} -22x+7 . Nous avons a=3≠0a=3\ne 0 ; b=−22b=-22 et c=7c=7 .
    Il en résulte donc que ff est une fonction polynôme du second degré.
    La forme f(x)=3x2−22x+7f\left(x\right)=3x^{2} -22x+7 est appeleˊe la forme deˊveloppeˊe de\red{\text{ appelée la forme développée de}} f\red{f} .

    Question 2

    Déterminer la forme factorisée de ff .

    Correction
      Identiteˊ remarquable\purple{\text{Identité remarquable}}
    • a2−b2=(a−b)(a+b){\color{blue}a}^{2} -{\color{red}b}^{2}=\left({\color{blue}a}-{\color{red}b}\right)\left({\color{blue}a}+{\color{red}b}\right)
    f(x)=(2x−4)2−(x+3)2f\left(x\right)=\left(2x-4\right)^{2}-\left(x+3\right)^{2} équivaut successivement à :
    f(x)=(2x−4)2−(x+3)2f\left(x\right)=\left({\color{blue}2x-4}\right)^{2}-\left({\color{red}x+3}\right)^{2}
    Ici nous avons a=2x−4a={\color{blue}2x-4} et b=x+3b={\color{red}x+3}. Il vient alors que :
    f(x)=((2x−4)−(x+3))(2x−4+x+3)f\left(x\right)=\left({\color{blue}\left(2x-4\right)}-{\color{red}\left(x+3\right)}\right)\left({\color{blue}2x-4}+{\color{red}x+3}\right)
    f(x)=(2x−4−x−3)(2x−4+x+3)f\left(x\right)=\left(2x-4-x-3\right)\left(2x-4+x+3\right)     \;\; Ne pas oublier de changer les signes dans la premieˋre parentheˋse.\pink{\text{Ne pas oublier de changer les signes dans la première parenthèse.}}
    Ainsi :
    f(x)=(x−7)(3x−1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(3x-1\right)

    Question 3

    Déterminer la forme canonique de ff .

    Correction
    Toute fonction polynôme ff de degré 22 définie sur R\mathbb{R} par f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^{2}+bx+c avec a≠0a\ne0, peut s'écrire sous la forme :
    • f(x)=a(x−α)2+βf\left(x\right)=a\left(x-\alpha \right)^{2} +\beta avec α=−b2a\alpha =\frac{-b}{2a} et β=f(α)\beta =f\left(\alpha \right)
    Soit f(x)=3x2−22x+7f\left(x\right)=3x^{2} -22x+7
    1ère étape : On définit les valeurs aa, bb et cc.
    • a=a= nombre devant x2x^{2} d'où a=3a=3
    • b=b= nombre devant xx d'où b=−22b=-22
    • c=c= nombre seul d'où c=7c=7
    2ème étape : Calcul de α=−b2a\alpha =\frac{-b}{2a}
    Il vient alors que : α=−(−22)2×3\alpha =\frac{-\left(-22\right)}{2\times3} d'où :
    α=113\alpha =\frac{11}{3}

    3ème étape : Calcul de β=f(α)\beta =f\left(\alpha \right)
    Il vient alors que :
    β=f(113)\beta =f\left(\frac{11}{3} \right)
    β=2×(113)2−2×(113)+7\beta =2\times\left(\frac{11}{3} \right)^{2} -2\times\left(\frac{11}{3} \right)+7
    β=−1003\beta =-\frac{100}{3}

    Ainsi, pour tout réel xx, la forme canonique est : f(x)=a(x−α)2+βf\left(x\right)=a\left(x-\alpha \right)^{2} +\beta ce qui nous donne :
    f(x)=3(x−113)2−1003f\left(x\right)=3\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} -\frac{100}{3}

    Question 4
    Utiliser la forme la plus adaptée pour :

    Calculer l'image de 13\frac{1}{3}

    Correction
    Il nous faut donc calculer f(13)f\left(\frac{1}{3}\right)
    Nous allons utiliser la forme factorisée f(x)=(x−7)(3x−1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(3x-1\right). Ainsi :
    f(13)=(13−7)(3×13−1)f\left(\frac{1}{3} \right)=\left(\frac{1}{3} -7\right)\left(3\times \frac{1}{3} -1\right)
    f(13)=(13−7)(33−1)f\left(\frac{1}{3} \right)=\left(\frac{1}{3} -7\right)\left(\frac{3}{3} -1\right)
    f(13)=(13−7)(1−1)f\left(\frac{1}{3} \right)=\left(\frac{1}{3} -7\right)\left(1-1\right)
    f(13)=(13−7)×0f\left(\frac{1}{3} \right)=\left(\frac{1}{3} -7\right)\times 0
    D'où :
    f(13)=0f\left(\frac{1}{3}\right)=0
    Question 5

    Déterminer les antécédents de 00 par ff .

    Correction
    Il nous faut résoudre, dans R\mathbb{R}, l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0
    Il faudra utiliser la forme factorisée de ff, c'est à dire : f(x)=(x−7)(3x−1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(3x-1\right) . D'où :
    f(x)=0f\left(x\right)=0 équivaut successivement à :
    f(x)=(x−7)(3x−1)=0f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(3x-1\right)=0 . Il s’agit d’une eˊquation produit nul\purple{\text{Il s'agit d'une équation produit nul}}
    x−7=0x-7=0 ou 3x−1=03x-1=0
  • D’une part :\red{\text{D'une part :}} résolvons x−7=0x-7=0 qui donne x=7x=7
  • D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} résolvons 3x−1=03x-1=0 qui donne 3x=13x=1 et enfin x=13x=\frac{1}{3}
  • Les solutions de l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0 sont alors :
    S={13;7}S=\left\{\frac{1}{3};7\right\}

    Question 6

    Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'inéquation f(x)>0f\left(x\right)>0 .

    Correction
    Il nous faut résoudre, dans R\mathbb{R}, l'équation f(x)>0f\left(x\right)>0
    Il faudra utiliser la forme factorisée de ff, c'est à dire : f(x)=(x−7)(3x−1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(3x-1\right). Nous avons donc besoin du tableau de signe de la fonction ff .

    Pour étudier le signe d'un produit :
    • On étudie le signe de chaque facteur.
    • On regroupe dans un tableau le signe de chaque facteur. La première ligne du tableau contenant les valeurs, rangées dans l'ordre croissant, qui annulent chacun des facteurs.
    • On utilise la règle des signes pour remplir la dernière ligne
    En italique ce sont des phrases explicatives qui ne doivent pas apparaitre sur vos copies, elles servent juste à vous expliquer le raisonnement.
  • D’une part :\red{\text{D'une part :}}
  • x−7=0⇔x=7x-7=0\Leftrightarrow x=7
    Soit x↦x−7x\mapsto x-7 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=1>0a=1>0. (Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera dans la ligne x−7x-7 par le signe (−)\left(-\right) et dès que l'on dépasse la valeur x=7x=7 on mettra le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe.)
  • D’autre part :\red{\text{D'autre part :}}
  • 3x−1=0⇔3x=1⇔x=133x-1=0\Leftrightarrow 3x=1\Leftrightarrow x=\frac{1}{3}
    Soit x↦3x−1x\mapsto 3x-1 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=1>0a=1>0. (Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera dans la ligne 3x−13x-1 par le signe (−)\left(-\right) et dès que l'on dépasse la valeur x=13x=\frac{1}{3} on mettra le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe.)
    Le tableau du signe du produit est donné ci-dessous :
    Les solution de l'inéquation : f(x)<0f\left(x\right)<0 sont alors :
    S=]−∞;13[∪]7;+∞[S=\left]-\infty ;\frac{1}{3} \right[\cup \left]7;+\infty \right[
    Question 7

    Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'inéquation f(x)>−1003f\left(x\right)>-\frac{100}{3}

    Correction
    Pour résoudre l'inéquation f(x)>−1003f\left(x\right)>-\pink{\frac{100}{3}} nous allons utiliser la forme canonique f(x)=3(x−113)2−1003f\left(x\right)=3\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} -\pink{\frac{100}{3}}
    Il vient alors :
    f(x)>−1003f\left(x\right)>-\frac{100}{3} équivaut successivement à :
    3(x−113)2−1003>−10033\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} -\frac{100}{3}>-\frac{100}{3}
    3(x−113)2>−1003+10033\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} >-\frac{100}{3}+\frac{100}{3}
    3(x−113)2>03\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} >0
    Lorsque x=113x=\frac{11}{3} l'expression (x−113)2=0\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2}=0.
    Par définition, un carré est positif ou nul. Cela signifie que si x≠113x\ne \frac{11}{3} alors l'expression (x−113)2\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} sera strictement positive. Ainsi , si x≠113x\ne \frac{11}{3} alors 3(x−113)2>03\left(x-\frac{11}{3} \right)^{2} >0
    Autrement dit, f(x)>−1003f\left(x\right)>-\frac{100}{3} pour tous les réels sauf pour x=113x=\frac{11}{3}
    Il en résulte donc que l'ensemble des solutions de l'inéquation f(x)>−1003f\left(x\right)>-\frac{100}{3} est :
    S=]−∞;113[∪]113;+∞[S=\left]-\infty ;\frac{11}{3}\right[\cup \left]\frac{11}{3};+\infty \right[
    Question 8

    Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'inéquation f(x)=7f\left(x\right)=7 .

    Correction
    Pour résoudre l'équation f(x)=7f\left(x\right)=\red{7} nous allons utiliser la forme développée f(x)=3x2−22x+7f\left(x\right)=3x^{2} -22x+\red{7} .
    Il vient alors :
    f(x)=7f\left(x\right)=7 équivaut successivement à :
    3x2−22x+7=73x^{2} -22x+7=7
    3x2−22x=7−73x^{2} -22x=7-7
    3x2−22x=03x^{2} -22x=0
    Le facteur commun ici est x{\color{blue}x}.
    3×x×x−22×x=0 3\times{\color{blue}x}\times x-22\times {\color{blue}x}=0 . On factorise maintenant par x{\color{blue}x} .
    x(3x−22)=0{\color{blue}x}\left(3x-22\right)=0 . Il s’agit d’une eˊquation produit nul\purple{\text{Il s'agit d'une équation produit nul}}
    x=0x=0 ou 3x−22=03x-22=0
  • D’une part :\red{\text{D'une part :}} résolvons x=0x=0 qui donne x=0x=0
  • D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} résolvons 3x−22=03x-22=0 qui donne 3x=223x=22 et enfin x=223x=\frac{22}{3}.
  • Les solutions de l'équation f(x)=7f\left(x\right)=7 sont alors :
    S={0;223}S=\left\{0;\frac{22}{3}\right\}

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