Première spécialité · Second degré
Second degré : les 4 tableaux à connaître et 9 exercices corrigés.
Les trois formes du trinôme, tout ce que dit le discriminant, les phrases à écrire en copie et le tableau « quelle méthode pour quelle question », puis neuf exercices du réflexe au type contrôle : inéquations, quotients, changement de variable, paramètre.
Les quatre tableaux à connaître
Le premier dit quelle forme du trinôme utiliser. Le deuxième résume tout ce que donne le discriminant. Le troisième donne les phrases à écrire pour justifier. Le quatrième dit quelle méthode choisir selon la question. Les corrigés renvoient à leurs lignes.
Dans tout le chapitre, \(f(x)=ax^2+bx+c\) avec \(a\neq0\) : c’est un trinôme du second degré, et sa courbe est une parabole.
Tableau 1 · Les trois formes d’un trinôme
| Forme | Écriture | Ce qu’elle donne tout de suite | À utiliser pour |
|---|---|---|---|
| Développée | \(ax^2+bx+c\) | \(f(0)=c\) : l’ordonnée à l’origine ; le signe de \(a\) : le sens de la parabole | calculer \(\Delta\), dériver, calculer une image |
| Canonique | \(a(x-\ca{\alpha})^2+\ca{\beta}\) | le sommet \(S(\alpha\,;\beta)\), avec \(\alpha=-\dfrac{b}{2a}\) et \(\beta=f(\alpha)\) | les variations, le minimum ou le maximum |
| Factorisée | \(a(x-\ca{x_1})(x-\ca{x_2})\) | les racines \(x_1\) et \(x_2\), donc les points d’intersection avec l’axe des abscisses | résoudre \(f(x)=0\), étudier le signe |
Tableau 2 · Ce que dit le discriminant
\(\Delta=b^2-4ac\). Son signe décide de tout le reste.
| Cas | Solutions de \(f(x)=0\) | Factorisation | Signe de \(f(x)\) | Si \(a\gt0\) | Si \(a\lt0\) |
|---|---|---|---|---|---|
| \(\Delta\gt0\) | deux \(x_{1,2}=\dfrac{-b\pm\sqrt\Delta}{2a}\) | \(a(x-x_1)(x-x_2)\) | signe de \(a\) à l’extérieur des racines, signe de \(-a\) entre elles | ||
| \(\Delta=0\) | une \(x_0=-\dfrac{b}{2a}\) | \(a(x-x_0)^2\) | signe de \(a\), nul en \(x_0\) | ||
| \(\Delta\lt0\) | aucune | impossible | signe de \(a\) partout |
Sur les dessins, les points orange sont les racines : là où la parabole coupe l’axe des abscisses.
Tableau 3 · Les phrases à écrire en copie
Un résultat juste sans justification perd des points. Chaque conclusion s’appuie sur une propriété du cours, et il faut la nommer.
| Propriété | Ce qu’elle dit | La phrase en copie |
|---|---|---|
| Discriminant | Le signe de \(\Delta\) donne le nombre de solutions. | « \(\Delta=49\gt0\), donc l’équation admet deux solutions : \(x_1=\dots\) et \(x_2=\dots\) » |
| Signe du trinôme | Un trinôme est du signe de \(a\) à l’extérieur de ses racines. | « \(a=-1\lt0\) et les racines sont \(-2\) et \(3\). Un trinôme est du signe de \(a\) à l’extérieur de ses racines, donc… » |
| Sommet | \(f\) admet un extremum en \(\alpha=-\frac{b}{2a}\) : un minimum si \(a\gt0\), un maximum si \(a\lt0\). | « \(a=2\gt0\), donc \(f\) admet un minimum en \(\alpha=-\frac{b}{2a}=2\), égal à \(f(2)=-3\). » |
| Racine évidente | Si \(f(x_1)=0\) pour un nombre simple, c’est une racine. On trouve l’autre par le produit. | « \(f(1)=3-5+2=0\), donc 1 est racine évidente. » |
| Somme et produit des racines | \(x_1+x_2=-\dfrac{b}{a}\) et \(x_1x_2=\dfrac{c}{a}\). | « Le produit des racines vaut \(\frac{c}{a}=\frac23\), donc \(x_2=\frac23\). » |
| Changement de variable | On pose \(X=x^2\) (ou une autre expression), on résout en \(X\), puis on revient à \(x\). | « Posons \(X=x^2\), avec \(X\geq0\). L’équation devient \(X^2-5X+4=0\). » |
Tableau 4 · Quelle méthode pour quelle question
Lis la première colonne : c’est ce que tu vois dans l’énoncé. La méthode suit. Le discriminant n’est pas toujours le chemin le plus court.
| N° | Tu repères | Exemple | Méthode | Résultat |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Pas de terme constant : \(ax^2+bx=0\) | \(3x^2-12x=0\) | Factoriser par \(x\), puis produit nul. Pas de \(\Delta\). | \(3x(x-4)=0\) : \(x=0\) ou \(x=4\) |
| 2 | Pas de terme en \(x\) : \(ax^2+c=0\) | \(2x^2-18=0\) | Isoler \(x^2\), puis racine carrée (deux signes). | \(x^2=9\) : \(x=-3\) ou \(x=3\) |
| 3 | Un carré égal à un nombre | \((x-1)^2=9\) | Racine carrée des deux côtés, sans développer. | \(x-1=\pm3\) : \(x=-2\) ou \(x=4\) |
| 4 | Équation complète \(ax^2+bx+c=0\) | \(2x^2-5x-3=0\) | Discriminant (tableau 2). | \(\Delta=49\) : \(x=-\frac12\) ou \(x=3\) |
| 5 | Une racine simple saute aux yeux (1, −1, 2…) | \(3x^2-5x+2=0\) | Racine évidente, puis produit des racines \(\frac ca\). | \(x_1=1\), \(x_2=\frac23\) |
| 6 | Deux nombres dont on connaît la somme \(S\) et le produit \(P\) | \(S=7\), \(P=10\) | Ce sont les solutions de \(x^2-Sx+P=0\). | \(x^2-7x+10=0\) : 2 et 5 |
| 7 | Une inéquation \(f(x)\gt0\), \(f(x)\leq0\)… | \(-x^2+x+6\geq0\) | Racines, puis signe du trinôme (tableau de signes). | \(S=[-2\,;3]\) |
| 8 | Un quotient ou un produit de trinômes à comparer à 0 | \(\dfrac{x^2-4x+3}{x-2}\leq0\) | Tableau de signes avec une ligne par facteur, valeur interdite en double barre. | \(S=\,]{-}\infty\,;1]\cup\,]2\,;3]\) |
| 9 | Un maximum, un minimum, des variations | \(f(x)=2x^2-8x+5\) | Sommet : \(\alpha=-\frac{b}{2a}\), \(\beta=f(\alpha)\), ou forme canonique. | minimum \(-3\) en \(2\) |
| 10 | Des \(x^4\) et des \(x^2\), sans \(x^3\) ni \(x\) | \(x^4-5x^2+4=0\) | Changement de variable \(X=x^2\), avec \(X\geq0\). | \(X=1\) ou \(4\) : \(x=\pm1\), \(\pm2\) |
| 11 | Un paramètre \(m\) et « le nombre de solutions » | \(x^2+mx+4=0\) | \(\Delta\) en fonction de \(m\), puis signe de \(\Delta\). | \(\Delta=m^2-16\) |
| 12 | Position de deux courbes, points d’intersection | \(\mathcal P\) et \(\mathcal D\) | Étudier le signe de \(f(x)-g(x)\). | \(\mathcal P\) au-dessus là où \(f-g\gt0\) |
Calculer \(\Delta\) pour \(3x^2-12x=0\) ou \(2x^2-18=0\). Ça marche, mais c’est trois fois plus long et chaque étape est une occasion de se tromper. Regarde d’abord s’il manque un terme (lignes 1 et 2).
Vérifier sur la NumWorks
Deux applications suffisent. Elles servent à vérifier un résultat ; la copie doit contenir le calcul.
- Équations : tape \(2x^2-5x-3=0\) (le signe = s’obtient avec shift puis π), valide avec OK, puis choisis « Résoudre l’équation ». La calculatrice affiche les solutions et la valeur de \(\Delta\).
- Grapheur : entre \(f(x)\), ouvre l’onglet Graphique, puis Calculer : « Zéros » donne les racines, « Minimum » ou « Maximum » donne le sommet.
9 exercices corrigés
Du réflexe au type contrôle. Dans les corrigés, la propriété qui justifie chaque conclusion est écrite en orange : c’est elle qu’il faut écrire en copie. Cherche sur papier avant d’ouvrir le corrigé.
Exercice 1 · Résoudre sans discriminant
Résoudre dans \(\mathbb R\) : a) \(3x^2-12x=0\) b) \(2x^2-18=0\) c) \((x-1)^2=9\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 1
Les solutions de trois équations.
MéthodeLignes 1, 2 et 3 du tableau 4 : il manque un terme ou on a déjà un carré, donc pas besoin de \(\Delta\).
Le calcul, pas à pas
b) Écrire seulement \(x=3\). L’équation \(x^2=9\) a deux solutions : \((-3)^2=9\) aussi.
Contrôle. c) \((-2-1)^2=9\) et \((4-1)^2=9\) ✓.
Exercice 2 · Les trois cas du discriminant
Résoudre dans \(\mathbb R\) : a) \(2x^2-5x-3=0\) b) \(x^2-6x+9=0\) c) \(x^2+x+1=0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 2
Le nombre de solutions et leurs valeurs.
MéthodeLigne 4 du tableau 4 : on identifie \(a\), \(b\), \(c\), on calcule \(\Delta=b^2-4ac\), puis on applique le tableau 2.
Le calcul, pas à pas
a) Écrire \(\Delta=-5^2-4\times2\times(-3)\). Sans parenthèses, \(-5^2=-25\) : le discriminant devient faux.
Contrôle. NumWorks, application Équations : \(2x^2-5x-3=0\) donne \(\Delta=49\), \(x=-0{,}5\) et \(x=3\) ✓.
Exercice 3 · Forme canonique et variations
Soit \(f(x)=2x^2-8x+5\). 1. Déterminer la forme canonique de \(f\). 2. En déduire le tableau de variations de \(f\) et son extremum.
Voir la correction détaillée de l’exercice 3
Une écriture \(a(x-\alpha)^2+\beta\), puis le tableau de variations.
MéthodeLigne 9 du tableau 4 : \(\alpha=-\frac{b}{2a}\) et \(\beta=f(\alpha)\), puis la forme canonique du tableau 1.
Le calcul, pas à pas
| \(x\) | \(-\infty\) | \(2\) | \(+\infty\) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| \(f(x)\) | ↘ | \(-3\) | ↗ |
\(f\) est décroissante sur \(]{-}\infty\,;2]\), croissante sur \([2\,;+\infty[\), et admet un minimum égal à \(-3\) en \(x=2\).
Lire \(\alpha=-2\) dans \(2(x-2)^2-3\). La forme est \(a(x-\alpha)^2\), donc \(\alpha=+2\).
Contrôle. On redéveloppe : \(2(x^2-4x+4)-3=2x^2-8x+5\) ✓.
Exercice 4 · Inéquation du second degré
Résoudre dans \(\mathbb R\) l’inéquation \(-x^2+x+6\geq0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 4
Un ensemble de solutions, sous forme d’intervalle.
MéthodeLigne 7 du tableau 4 : on cherche les racines, puis on applique la règle du signe du trinôme.
Le calcul, pas à pas
| \(x\) | \(-\infty\) | \(-2\) | \(3\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(-x^2+x+6\) | − | 0 | + | 0 | − |
On veut \(\geq0\) : les racines sont incluses. \(\mathcal S=\cb{[-2\,;3]}\).
Répondre \(]{-}\infty\,;-2]\cup[3\,;+\infty[\) par réflexe « à l’extérieur ». Ici \(a\lt0\) : le trinôme est négatif à l’extérieur, positif entre les racines.
Contrôle. \(x=0\) est dans \([-2\,;3]\) et donne \(6\geq0\) ✓ ; \(x=4\) donne \(-6\lt0\) ✓.
Exercice 5 · Inéquation avec un quotient
Résoudre dans \(\mathbb R\setminus\{2\}\) l’inéquation \(\dfrac{x^2-4x+3}{x-2}\leq0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 5
Un ensemble de solutions, en excluant la valeur interdite.
MéthodeLigne 8 du tableau 4 : une ligne pour le numérateur, une pour le dénominateur, puis la règle des signes d’un quotient.
Le calcul, pas à pas
| \(x\) | \(-\infty\) | \(1\) | \(2\) | \(3\) | \(+\infty\) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(x^2-4x+3\) | + | 0 | − | − | 0 | + | |||
| \(x-2\) | − | − | 0 | + | + | ||||
| \(\dfrac{x^2-4x+3}{x-2}\) | − | 0 | + | ‖ | − | 0 | + |
On veut \(\leq0\) : on garde les zéros du numérateur (1 et 3), jamais la valeur interdite. \(\mathcal S=\cb{]{-}\infty\,;1]\cup\,]2\,;3]}\).
Fermer le crochet en 2. Le quotient n’existe pas en \(x=2\) : le crochet est toujours ouvert du côté d’une valeur interdite.
Contrôle. \(x=0\) : \(\frac{3}{-2}\lt0\) ✓. \(x=2{,}5\) : \(\frac{-0{,}75}{0{,}5}\lt0\) ✓. \(x=1{,}5\) : \(\frac{-0{,}75}{-0{,}5}\gt0\), exclu ✓.
Exercice 6 · Racine évidente, somme et produit
1. Résoudre \(3x^2-5x+2=0\) sans calculer le discriminant. 2. Trouver deux nombres dont la somme vaut 7 et le produit 10.
Voir la correction détaillée de l’exercice 6
Des solutions, avec la méthode la plus rapide.
MéthodeLignes 5 et 6 du tableau 4 : \(x_1x_2=\frac ca\) et \(x_1+x_2=-\frac ba\).
Le calcul, pas à pas
Utiliser \(x_1x_2=c\) au lieu de \(\frac ca\). Ici \(a=3\) : le produit vaut \(\frac23\), pas 2.
Contrôle. \(1+\frac23=\frac53=-\frac{b}{a}\) ✓ ; \(2+5=7\) et \(2\times5=10\) ✓.
Exercice 7 · Changement de variable : équation bicarrée
Résoudre dans \(\mathbb R\) : 1. \(x^4-5x^2+4=0\) 2. \(x^4+3x^2-4=0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 7
Les solutions d’équations de degré 4.
MéthodeLigne 10 du tableau 4. On pose \(X=x^2\) : l’équation devient du second degré en \(X\). On la résout, on garde les solutions \(X\geq0\), puis on revient à \(x\).
Le calcul, pas à pas
Garder \(X=-4\) et écrire \(x=\pm2\). Toujours contrôler la condition \(X\geq0\) avant de revenir à \(x\).
Contrôle. \(2^4-5\times2^2+4=16-20+4=0\) ✓ ; \(1+3-4=0\) ✓.
Exercice 8 · Paramètre et nombre de solutions
Selon les valeurs du réel \(m\), déterminer le nombre de solutions de l’équation \(x^2+mx+4=0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 8
Une discussion : pour quelles valeurs de \(m\) on a 0, 1 ou 2 solutions.
MéthodeLigne 11 du tableau 4 : \(\Delta\) dépend de \(m\). Son signe est celui d’un trinôme… en \(m\) : on réapplique le chapitre.
Le calcul, pas à pas
| \(m\) | \(-\infty\) | \(-4\) | \(4\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(\Delta=m^2-16\) | + | 0 | − | 0 | + |
- Si \(m\lt-4\) ou \(m\gt4\) : \(\Delta\gt0\), deux solutions.
- Si \(m=-4\) ou \(m=4\) : \(\Delta=0\), une solution.
- Si \(-4\lt m\lt4\) : \(\Delta\lt0\), aucune solution.
Justification : signe du trinôme \(m^2-16\), avec \(a=1\gt0\) : positif à l’extérieur des racines.
Confondre les deux variables : ici on étudie le signe de \(\Delta\) comme une fonction de \(m\), pas de \(x\).
Contrôle. \(m=4\) : \(x^2+4x+4=(x+2)^2\), une seule solution \(-2\) ✓. \(m=0\) : \(x^2+4=0\), aucune ✓.
Exercice 9 · Parabole et droite : position et intersection
Soit \(\mathcal P\) la courbe de \(f(x)=x^2-3x+1\) et \(\mathcal D\) la droite d’équation \(y=x-2\). 1. Déterminer les coordonnées des points d’intersection de \(\mathcal P\) et \(\mathcal D\). 2. Étudier la position relative de \(\mathcal P\) et \(\mathcal D\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 9
Deux points, puis où la parabole est au-dessus de la droite.
MéthodeLigne 12 du tableau 4 : tout passe par le signe de \(f(x)-(x-2)\).
Le calcul, pas à pas
| \(x\) | \(-\infty\) | \(1\) | \(3\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(f(x)-(x-2)\) | + | 0 | − | 0 | + |
\(\mathcal P\) est au-dessus de \(\mathcal D\) sur \(]{-}\infty\,;1[\) et sur \(]3\,;+\infty[\), en dessous sur \(]1\,;3[\). Elles se coupent en \(A\) et \(B\).
Étudier le signe de \(f(x)\) seul. La position relative dépend de la différence \(f(x)-g(x)\).
Contrôle. \(f(1)=1-3+1=-1\) et \(f(3)=9-9+1=1\) : les points sont bien sur \(\mathcal P\) ✓.
Auto-test
Pour chaque question, donne d’abord la ligne du tableau 4, puis le résultat.
Résoudre \(5x^2+10x=0\).
Combien de solutions pour \(x^2-2x+5=0\) ?
Maximum de \(f(x)=-x^2+6x-1\) ?
Signe de \(x^2-x-2\) sur \(]-1\,;2[\) ?
Résoudre \(x^4-10x^2+9=0\).
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