Aller au contenu

Leçon 3

Étudier une fonction

Vidéo 3 : Étudier une fonction · 4 min 20 s · sous-titres en français

Le cours écrit

3.1 La méthode

  1. Préciser l'intervalle, et vérifier que ff y est dérivable.
  2. Calculer f′(x)f'(x).
  3. Étudier le signe de f′(x)f'(x) : on factorise, et on réduit au même dénominateur s'il y a une fraction.
  4. Dresser le tableau de variations, avec les images aux valeurs importantes.
  5. Conclure sur les extrémums : la plus grande et la plus petite valeur.

Automatisme (signe d'une expression factorisée). Pour une expression du second degré factorisée a(x−x1)(x−x2)a(x - x_1)(x - x_2), le signe est celui de aa à l'extérieur des racines, et le signe contraire entre les racines (chapitre 1).

3.2 Un polynôme

Exemple 14. Étudions f(x)=x3−3x+1f(x) = x^3 - 3x + 1 sur [−2 ;2][-2\,;2]. C'est un polynôme, donc ff est dérivable, et f′(x)=3x2−3=3(x2−1)=3(x−1)(x+1).f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x - 1)(x + 1). Les racines sont −1-1 et 11, et a=3>0a = 3 > 0 : f′(x)f'(x) est positif à l'extérieur des racines, négatif entre les racines. On calcule f(−2)=−8+6+1=−1f(-2) = -8 + 6 + 1 = -1, f(−1)=−1+3+1=3f(-1) = -1 + 3 + 1 = 3, f(1)=1−3+1=−1f(1) = 1 - 3 + 1 = -1 et f(2)=8−6+1=3f(2) = 8 - 6 + 1 = 3.

xx −2-2 −1-1 11 22
f′(x)f'(x) ++ 00 −- 00 ++
ff −1-1 ↗\nearrow 33 ↘\searrow −1-1 ↗\nearrow 33

Sur [−2 ;2][-2\,;2], le maximum de ff est 33, atteint en −1-1 et en 22. Le minimum est −1-1, atteint en −2-2 et en 11.

Les bornes comptent : le maximum est atteint aussi en 22, et le minimum en −2-2, alors que la dérivée ne s'y annule pas. Sur un intervalle fermé, on compare toujours les valeurs aux bornes.

3.3 Avec une fraction

Exemple 15. Étudions g(x)=x+4xg(x) = x + \dfrac4x sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. La fonction est dérivable sur cet intervalle, et g′(x)=1−4x2=x2−4x2=(x−2)(x+2)x2.g'(x) = 1 - \frac{4}{x^2} = \frac{x^2 - 4}{x^2} = \frac{(x - 2)(x + 2)}{x^2}. Sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, x2>0x^2 > 0 et x+2>0x + 2 > 0 : le signe de g′(x)g'(x) est celui de x−2x - 2.

xx 00 22 +∞+\infty
g′(x)g'(x) ∥\Vert −- 00 ++
gg ∥\Vert ↘\searrow 44 ↗\nearrow

Le minimum de gg sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[ est g(2)=4g(2) = 4.

La double barre rappelle que gg n'est pas définie en 00. Aucune limite n'est au programme de Première : on laisse vides les cases de +∞+\infty et de la double barre. Le comportement d'une fonction près d'une valeur interdite et vers l'infini sera étudié en Terminale.

Exemple 16 (une valeur interdite au milieu). Soit k(x)=x2x−1k(x) = \dfrac{x^2}{x - 1} sur ]−∞ ;1[]{-\infty}\,;1[ et sur ]1 ;+∞[]1\,;+\infty[. La formule du quotient donne k′(x)=2x(x−1)−x2(x−1)2=x2−2x(x−1)2=x(x−2)(x−1)2.k'(x) = \frac{2x(x - 1) - x^2}{(x - 1)^2} = \frac{x^2 - 2x}{(x - 1)^2} = \frac{x(x - 2)}{(x - 1)^2}. Le dénominateur est positif : le signe est celui de x(x−2)x(x - 2). Avec k(0)=0k(0) = 0 et k(2)=4k(2) = 4 :

xx −∞-\infty 00 11 22 +∞+\infty
k′(x)k'(x) ++ 00 −- ∥\Vert −- 00 ++
kk ↗\nearrow 00 ↘\searrow ∥\Vert ↘\searrow 44 ↗\nearrow

3.4 Résoudre à la lecture d'une courbe

Automatisme (résoudre graphiquement). Pour résoudre f(x)=kf(x) = k, on trace la droite horizontale d'équation y=ky = k, et on lit les abscisses des points communs avec la courbe. Pour résoudre f(x)<kf(x) < k, on lit les abscisses des points de la courbe situés strictement au-dessous de cette droite.

Exemple 17. Sur la courbe de la fonction ff de l'exemple 14, sur [−2 ;2][-2\,;2] :

  • f(x)=3f(x) = 3 a pour solutions −1-1 et 22 ;
  • f(x)<3f(x) < 3 a pour ensemble de solutions [−2 ;−1[ ∪ ]−1 ;2[[-2\,;-1[\ \cup\ ]{-1}\,;2[. En −1-1 et en 22, la courbe touche la droite : l'inégalité stricte exclut ces deux nombres ;
  • f(x)=−1f(x) = -1 a pour solutions −2-2 et 11.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 5 et 6

  • Exercice 5 : une étude complète
  • Exercice 6 : deux fractions et une lecture

Exercices du chapitre (PDF, 163 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 152 Ko)

Tu es hors connexion. Les chapitres téléchargés restent disponibles dans Hors connexion.