Fiche de méthode · Seconde
Fonctions en Seconde : images, antécédents, lecture graphique, variations. 8 exercices corrigés.
Le chapitre central de l’année. Calculer une image, trouver un antécédent, lire une courbe, résoudre graphiquement, dresser un tableau de variations et trouver un maximum. Chaque méthode est expliquée pas à pas, avec la rédaction attendue en classe.
L’essentiel du cours avant de commencer
Dans les exemples : l’élément clé en orange, ce qu’on obtient surligné.
1. Image et antécédent
Une fonction \(f\) associe à chaque nombre \(x\) de son ensemble de définition un unique nombre \(f(x)\), appelé image de \(x\). Si \(f(a)=b\), on dit que \(a\) est un antécédent de \(b\).
- Pour trouver une image, on calcule : on remplace \(x\) par la valeur.
- Pour trouver les antécédents de \(b\), on résout l’équation \(f(x)=b\). Il peut y en avoir zéro, un ou plusieurs.
« L’antécédent de 1 est 0. » Faux si 1 en a plusieurs : un nombre a une seule image, mais peut avoir plusieurs antécédents.
2. Courbe représentative
La courbe \(\mathcal C_f\) est l’ensemble des points \(M(x\,;f(x))\). Autrement dit :
Graphiquement, l’image se lit sur l’axe des ordonnées ; les antécédents se lisent sur l’axe des abscisses. Résoudre \(f(x)=k\), c’est chercher les abscisses des points de la courbe à la hauteur \(k\) ; résoudre \(f(x)\lt k\), celles des points situés sous la droite \(y=k\).
3. Variations et extremums
\(f\) est croissante sur un intervalle \(I\) si, pour tous \(a\le b\) de \(I\), \(f(a)\le f(b)\) : elle conserve l’ordre. Elle est décroissante si \(f(a)\ge f(b)\) : elle inverse l’ordre. Le tableau de variations résume ces informations avec des flèches. Le maximum de \(f\) sur \(I\) est la plus grande valeur prise par \(f(x)\) ; le minimum, la plus petite.
- Donne-t-on \(x\) ou \(f(x)\) ? \(x\) connu : on cherche une image. \(f(x)\) connu : on cherche des antécédents.
- Calcul ou lecture ? Une expression : on calcule ou on résout. Une courbe : on lit, et on écrit « graphiquement » ou « environ ».
- La réponse est-elle un nombre ou un ensemble ? Une équation donne des valeurs, une inéquation donne un intervalle.
Inverser les axes : lire l’image de 2 sur l’axe des ordonnées à la hauteur 2. On part toujours de \(x\) sur l’axe horizontal, puis on monte jusqu’à la courbe.
Les exercices
Les exercices 2 à 4 portent sur la même courbe : garde-la sous les yeux.
Exercice 1 · Images et antécédents par le calcul
Soit \(f\) la fonction définie sur \(\mathbb R\) par \(f(x)=2x^2-3\).
- Calculer les images de \(-2\), \(0\) et \(\frac12\).
- Déterminer les antécédents de 5.
- Le nombre \(-5\) a-t-il des antécédents ?
Voir la correction détaillée de l’exercice 1
Trois images, puis des antécédents.
MéthodeImage : on remplace \(x\). Antécédents de \(b\) : on résout \(f(x)=b\).
1. Les images
2. Les antécédents de 5
3. Les antécédents de \(-5\)
L’équation n’a pas de solution : \(-5\) n’a aucun antécédent par \(f\).
Question 2 : ne donner que \(x=2\). L’équation \(x^2=4\) a deux solutions, \(2\) et \(-2\).
Contrôle. \(f(2)=8-3=5\) ✓, et \(f(-2)=5\) d’après la question 1 ✓.
Exercice 2 · Lire une courbe
On donne ci-dessous la courbe d’une fonction \(f\) définie sur \([-1\,;5]\).
- Lire l’image de 0, puis celle de 2.
- Lire les antécédents de 1, puis ceux de \(-2\).
- Le nombre \(-4\) a-t-il des antécédents ?
Voir la correction détaillée de l’exercice 2
Des images et des antécédents, par lecture.
MéthodeImage : on part de l’axe des abscisses, on monte jusqu’à la courbe, on lit l’ordonnée. Antécédents : on part de l’axe des ordonnées, on trace l’horizontale, on lit les abscisses des points d’intersection.
Les lectures, pas à pas
3. La courbe ne descend jamais sous \(\ca{-3}\) : la droite \(y=-4\) ne la coupe pas, donc \(-4\) n’a aucun antécédent.
Répondre « l’antécédent de 1 est 0 » en s’arrêtant au premier point trouvé. Il faut suivre l’horizontale sur toute la largeur du graphique.
Contrôle. Cette courbe est celle de \(f(x)=x^2-4x+1\) : \(f(4)=16-16+1=1\) ✓ et \(f(3)=9-12+1=-2\) ✓.
Exercice 3 · Résoudre graphiquement
Avec la courbe de l’exercice 2, résoudre graphiquement sur \([-1\,;5]\) : a) \(f(x)=6\) ; b) \(f(x)\lt1\) ; c) \(f(x)\ge-2\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 3
Un ensemble de solutions pour chaque question.
MéthodeOn trace la droite horizontale \(y=k\), puis on repère les points de la courbe situés sur, sous ou au-dessus de cette droite. On lit leurs abscisses.
Les résolutions, pas à pas
Question b) : répondre \(S=\{0\,;4\}\). Une inéquation a pour solution un intervalle (ou une réunion d’intervalles), pas seulement les points de contact.
Contrôle. \(f(2)=-3\lt1\) : 2 est bien dans \(]0\,;4[\) ✓. \(f(5)=6\ge-2\) : 5 est bien dans la réponse c) ✓.
Exercice 4 · Tableau de variations et extremums
Toujours avec la courbe de l’exercice 2 : dresser le tableau de variations de \(f\) sur \([-1\,;5]\), puis donner son minimum et son maximum.
Voir la correction détaillée de l’exercice 4
Un tableau, deux extremums.
MéthodeOn parcourt la courbe de gauche à droite : elle descend, puis monte. On place les valeurs aux bornes et au changement de sens.
| \(x\) | \(-1\) | \(2\) | \(5\) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| \(f(x)\) | \(6\) | ↘ | \(-3\) | ↗ | \(6\) |
Rédaction attendue. \(f\) est décroissante sur \([-1\,;2]\) et croissante sur \([2\,;5]\). Son minimum est \(\cb{-3}\), atteint en \(x=2\). Son maximum est \(\cb{6}\), atteint en \(x=-1\) et en \(x=5\).
Écrire « le minimum est 2 ». 2 est l’endroit où le minimum est atteint ; le minimum est la valeur \(f(2)=\ca{-3}\).
Contrôle. Toutes les valeurs lues à l’exercice 2 sont bien entre \(-3\) et \(6\) ✓.
Exercice 5 · Un point est-il sur la courbe ?
Soit \(f(x)=x^2-4x+1\). Les points \(A(3\,;-2)\) et \(B(-2\,;10)\) appartiennent-ils à la courbe \(\mathcal C_f\) ?
Voir la correction détaillée de l’exercice 5
Deux réponses justifiées.
Méthode\(M(x\,;y)\in\mathcal C_f\iff y=f(x)\) : on calcule l’image de l’abscisse et on la compare à l’ordonnée.
Le calcul, pas à pas
Calculer \(f(-2)=4-8+1\). Avec \(x=-2\) : \(-4\times(-2)=+8\). On écrit toujours les parenthèses avant de calculer.
Contrôle. La courbe de l’exercice 2 passe bien par \((3\,;-2)\) ✓.
Exercice 6 · Ensemble de définition
Déterminer l’ensemble de définition de : a) \(g(x)=\dfrac{1}{x-3}\) ; b) \(h(x)=\sqrt{x+2}\) ; c) \(k(x)=5x^2-x+1\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 6
Les valeurs de \(x\) pour lesquelles le calcul est possible.
MéthodeDeux interdits : diviser par 0, et prendre la racine carrée d’un nombre négatif.
Le raisonnement, pas à pas
Question b) : écrire \(x\gt-2\) et exclure \(-2\). La racine carrée de 0 existe ; seul le négatif est interdit.
Contrôle. \(g(3)=\frac10\) impossible ✓ ; \(h(-2)=0\) ✓ ; \(h(-3)=\sqrt{-1}\) impossible ✓.
Exercice 7 · Comparer des images
a) Une fonction \(f\) est croissante sur \([0\,;5]\). Comparer \(f(1{,}5)\) et \(f(2{,}3)\).
b) Une fonction \(g\) est décroissante sur \([-4\,;0]\). Comparer \(g(-3)\) et \(g(-1)\).
c) Sans calculatrice, comparer \((-3)^2\) et \((-2)^2\) en utilisant le sens de variation de la fonction carré.
Voir la correction détaillée de l’exercice 7
Un ordre entre deux images.
MéthodeCroissante : les images sont dans le même ordre que les antécédents. Décroissante : l’ordre est inversé.
Le raisonnement, pas à pas
Question c) : raisonner « \(-3\lt-2\), donc \((-3)^2\lt(-2)^2\) ». Sur les nombres négatifs, la fonction carré inverse l’ordre.
Contrôle. \((-3)^2=9\ge4=(-2)^2\) ✓.
Exercice 8 · L’enclos de surface maximale
Un éleveur dispose de 20 m de grillage pour fermer un enclos rectangulaire le long d’un mur (le côté contre le mur n’a pas besoin de grillage). On note \(x\) la longueur, en mètres, de chacun des deux côtés perpendiculaires au mur.
- Justifier que \(x\in[0\,;10]\) et que l’aire de l’enclos est \(A(x)=x(20-2x)\).
- Calculer \(A(2)\), \(A(5)\) et \(A(8)\).
- Vérifier que \(A(x)=50-2(x-5)^2\).
- En déduire l’aire maximale et les dimensions de l’enclos correspondant.
Voir la correction détaillée de l’exercice 8
Une fonction qui modélise une aire, puis son maximum.
MéthodeOn exprime chaque longueur en fonction de \(x\). Pour le maximum, la forme \(50-2(\dots)^2\) montre que \(A(x)\) ne peut pas dépasser 50.
1. Mise en équation
2. Quelques valeurs
3. La forme utile
4. Le maximum
Un carré est positif ou nul : \(2(x-5)^2\ge0\), donc \(A(x)\le50\) pour tout \(x\), avec égalité quand \(\ca{x=5}\). L’aire maximale est \(\cb{50\ \text{m}^2}\), pour un enclos de 5 m sur 10 m (10 m le long du mur).
Choisir un carré de 5 m sur 5 m par intuition. Le mur fait office de quatrième côté : la meilleure forme n’est pas un carré.
Contrôle. Grillage utilisé : \(5+5+10=20\) m ✓, et \(A(4)=4\times12=48\lt50\) ✓.
Auto-test
Trois bonnes réponses : passe à la fiche droites et systèmes. Sinon, refais les exercices concernés.
\(f(x)=3x-1\) : antécédent de 8 ?
Sur une courbe, où lit-on une image ?
\(f\) décroissante sur \([0\,;4]\) : comparer \(f(1)\) et \(f(3)\).
Les autres chapitres de Seconde
- Remise à niveau : Les bases du calcul pour démarrer la Seconde
- Calcul : Fractions, puissances, racines, identités remarquables
- Vecteurs : Translation, Chasles, colinéarité. 4 exercices corrigés
- Géométrie repérée : Milieu, distance, coordonnées de vecteurs, colinéarité. 8 exercices corrigés
- Droites et systèmes : Équations de droites, parallélisme, systèmes 2×2. 8 exercices corrigés
- Fonctions de référence et signe : Carré, inverse, racine, cube, tableaux de signes. 8 exercices corrigés
- Statistiques et probabilités : Moyenne, médiane, quartiles, écart-type, probabilités. 8 exercices corrigés
- Les bases de la Seconde et le choix de la spécialité maths
Les fonctions, le chapitre qui décide de la spé maths.
Dans le Groupe Fovéa Seconde, chaque lecture graphique et chaque tableau de variations est rédigé en séance, puis corrigé copie par copie. En ligne, six à neuf élèves, dès 10 €/h.
Pour aller plus loin
La Seconde, chapitre par chapitre.
Droites et systèmes
Équations de droites, parallélisme, systèmes 2×2. 8 exercices corrigés.
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Fractions, puissances, racines, identités remarquables.
Lire →Fiche · exercices corrigésVecteurs
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