Fiche de méthode · Seconde
Fonctions de référence et tableaux de signes en Seconde : carré, inverse, racine, cube. 8 exercices corrigés.
Comparer et encadrer avec les variations des fonctions de référence, résoudre \(x^2=a\) ou \(x^2\lt a\), étudier le signe d’une fonction affine, puis d’un produit ou d’un quotient. Les outils dont toute la Première aura besoin.
L’essentiel du cours avant de commencer
Dans les exemples : l’élément clé en orange, ce qu’on obtient surligné.
Cette fiche prolonge la fiche fonctions : images, antécédents et variations y sont supposés connus.
1. Les quatre fonctions de référence
| Fonction | Définie sur | Variations |
|---|---|---|
| Carré \(x\mapsto x^2\) | \(\mathbb R\) | décroissante sur \(]-\infty\,;0]\), croissante sur \([0\,;+\infty[\) |
| Inverse \(x\mapsto\frac1x\) | \(\mathbb R\setminus\{0\}\) | décroissante sur \(]-\infty\,;0[\) et sur \(]0\,;+\infty[\) |
| Racine carrée \(x\mapsto\sqrt x\) | \([0\,;+\infty[\) | croissante |
| Cube \(x\mapsto x^3\) | \(\mathbb R\) | croissante |
Une fonction croissante conserve l’ordre, une fonction décroissante l’inverse. Sur \([0\,;1]\), on a \(x^3\le x^2\le x\) ; sur \([1\,;+\infty[\), l’ordre est renversé.
L’équation \(x^2=a\) a deux solutions \(\sqrt a\) et \(-\sqrt a\) si \(a\gt0\), une seule (0) si \(a=0\), aucune si \(a\lt0\).
2. Signe d’une fonction affine
\(f(x)=ax+b\) (avec \(a\neq0\)) s’annule en \(x=-\frac ba\). Elle est du signe de \(a\) à droite de cette valeur, et du signe contraire à gauche.
3. Produits et quotients
Pour le signe d’un produit ou d’un quotient de facteurs affines, on dresse un tableau de signes : une ligne par facteur, puis la règle des signes. Dans un quotient, la valeur qui annule le dénominateur est interdite : on la marque d’une double barre ‖.
\(x^2\lt9\iff x\lt3\). Faux : \(-5\lt3\) mais \((-5)^2=25\gt9\). La bonne réponse est \(-3\lt x\lt3\).
- Quelle fonction de référence intervient, et sur quel intervalle ? Les variations dépendent du signe de \(x\).
- Le sens est-il conservé ou inversé ? Croissante : conservé. Décroissante : inversé.
- Pour une inéquation, ai-je tout ramené à « \(\dots\ge0\) » ? On étudie alors un signe, avec un tableau.
Élever au carré les deux membres d’une inégalité entre nombres négatifs sans changer le sens. Pour \(-3\le x\le-1\), on obtient \(1\le x^2\le9\), et non \(9\le x^2\le1\).
Les exercices
Avant chaque comparaison, écris la fonction utilisée et son sens de variation sur l’intervalle concerné : c’est cette phrase qui justifie la réponse.
Exercice 1 · Comparer sans calculer
En utilisant le sens de variation d’une fonction de référence, comparer : a) \(0{,}3^2\) et \(0{,}4^2\) ; b) \(\frac1{2{,}5}\) et \(\frac13\) ; c) \((-1{,}5)^2\) et \((-1{,}2)^2\) ; d) \(\sqrt7\) et \(\sqrt8\) ; e) \((-2)^3\) et \((-1)^3\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 1
Cinq comparaisons justifiées.
MéthodeOn compare les antécédents, puis on applique la fonction en conservant ou en inversant l’ordre.
Le raisonnement, pas à pas
Question c) : conserver l’ordre par habitude. Sur les négatifs, la fonction carré inverse l’ordre : le nombre le plus « petit » a le plus grand carré.
Contrôle. \(2{,}25\gt1{,}44\) ✓ ; \(0{,}4\gt0{,}33\) ✓ ; \(-8\lt-1\) ✓.
Exercice 2 · Équations avec les fonctions de référence
Résoudre dans \(\mathbb R\) : a) \(x^2=9\) ; b) \(x^2=7\) ; c) \(x^2=-4\) ; d) \(\frac1x=4\) ; e) \(\sqrt x=3\) ; f) \(x^3=-8\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 2
Six ensembles de solutions.
Méthode\(x^2=a\) : deux, une ou aucune solution selon le signe de \(a\). Les autres fonctions de référence sont strictement monotones : au plus une solution.
Les résolutions, pas à pas
Question a) : oublier \(-3\). C’est l’erreur la plus fréquente du chapitre, et elle se répercute sur toutes les inéquations.
Contrôle. \((-\sqrt7)^2=7\) ✓ et \(\sqrt9=3\) ✓.
Exercice 3 · Inéquations avec le carré et l’inverse
Résoudre dans \(\mathbb R\) : a) \(x^2\lt9\) ; b) \(x^2\ge4\) ; c) \(\frac1x\gt2\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 3
Trois intervalles ou réunions d’intervalles.
MéthodeOn s’appuie sur la courbe : on cherche les abscisses des points situés sous ou au-dessus d’une droite horizontale.
Les résolutions, pas à pas
Question c) : « multiplier par \(x\) » sans connaître son signe. Si \(x\) est négatif, le sens de l’inégalité change : on traite les deux cas séparément.
Contrôle. \(x=0{,}25\) : \(\frac1{0{,}25}=4\gt2\) ✓ ; \(x=2\) : \(\frac12\lt2\) ✓ (exclu).
Exercice 4 · Encadrer une image
a) On sait que \(2\le x\le5\). Encadrer \(x^2\), \(\frac1x\) et \(\sqrt x\).
b) On sait que \(-3\le x\le-1\). Encadrer \(x^2\) et \(\frac1x\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 4
Cinq encadrements.
MéthodeOn applique la fonction aux deux bornes. Si elle est décroissante sur l’intervalle, les bornes s’échangent.
a) Sur \([2\,;5]\)
b) Sur \([-3\,;-1]\)
Écrire \(\frac12\le\frac1x\le\frac15\). Un encadrement s’écrit toujours de la plus petite valeur à la plus grande : \(\frac15\lt\frac12\).
Contrôle. Avec \(x=4\) : \(16\in[4\,;25]\), \(0{,}25\in[0{,}2\,;0{,}5]\) ✓. Avec \(x=-2\) : \(4\in[1\,;9]\), \(-0{,}5\in[-1\,;-\frac13]\) ✓.
Exercice 5 · Comparer \(x\), \(x^2\) et \(x^3\)
a) Calculer \(x\), \(x^2\) et \(x^3\) pour \(x=0{,}5\), puis pour \(x=2\). Que remarque-t-on ?
b) Démontrer que pour tout \(x\in[0\,;1]\), \(x^2\le x\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 5
Une conjecture, puis une démonstration.
MéthodePour comparer deux nombres, on étudie le signe de leur différence.
a) Deux exemples
b) La démonstration
Croire qu’élever au carré « agrandit » toujours un nombre. Entre 0 et 1, le carré est plus petit que le nombre de départ.
Contrôle. Pour \(x=1\) : \(x=x^2=x^3=1\), cas d’égalité ✓.
Exercice 6 · Signe d’une fonction affine
Dresser le tableau de signes de \(f(x)=-2x+6\), puis donner le signe de \(g(x)=3x+1\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 6
Deux tableaux de signes.
MéthodeOn cherche où la fonction s’annule, puis on place le signe de \(a\) à droite.
Le calcul, pas à pas
| \(x\) | \(-\infty\) | \(3\) | \(+\infty\) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| \(-2x+6\) | + | 0 | − |
Mettre « + » à droite parce que \(b=6\) est positif. C’est le signe de \(a\), le coefficient de \(x\), qui compte.
Contrôle. \(f(0)=6\gt0\) ✓ et \(f(5)=-4\lt0\) ✓.
Exercice 7 · Produit et quotient
a) Résoudre \((2x-4)(-x+3)\ge0\).
b) Résoudre \(\dfrac{x+1}{x-2}\le0\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 7
Deux ensembles de solutions.
MéthodeTableau de signes : une ligne par facteur, règle des signes, puis lecture de la dernière ligne.
a) Le produit
| \(x\) | \(-\infty\) | \(2\) | \(3\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(2x-4\) | − | 0 | + | + | |||
| \(-x+3\) | + | + | 0 | − | |||
| \(P(x)\) | − | 0 | + | 0 | − |
\(P(x)\ge0\) sur \(\cb{[2\,;3]}\) : crochets fermés, car le produit vaut 0 en 2 et en 3.
b) Le quotient
| \(x\) | \(-\infty\) | \(-1\) | \(2\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(x+1\) | − | 0 | + | + | |||
| \(x-2\) | − | − | 0 | + | |||
| \(Q(x)\) | + | 0 | − | ‖ | + |
\(Q(x)\le0\) sur \(\cb{[-1\,;2[}\) : fermé en \(-1\) (le quotient y vaut 0), ouvert en 2 (valeur interdite).
Question b) : fermer le crochet en 2. On ne divise jamais par 0 : une valeur interdite est toujours exclue.
Contrôle. \(x=2{,}5\) : \(1\times0{,}5\gt0\) ✓ ; \(x=0\) : \(\frac1{-2}\lt0\) ✓.
Exercice 8 · Comparer \(x^2\) et \(x+2\)
On veut savoir pour quelles valeurs de \(x\) on a \(x^2\ge x+2\).
- Vérifier que \(x^2-x-2=(x-2)(x+1)\).
- Dresser le tableau de signes de \(x^2-x-2\).
- Conclure, puis interpréter graphiquement à l’aide de la parabole \(y=x^2\) et de la droite \(y=x+2\).
Voir la correction détaillée de l’exercice 8
L’ensemble des \(x\) tels que \(x^2-(x+2)\ge0\).
MéthodeOn compare en étudiant le signe de la différence, mise sous forme factorisée.
1. La factorisation
2. Le tableau de signes
| \(x\) | \(-\infty\) | \(-1\) | \(2\) | \(+\infty\) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(x+1\) | − | 0 | + | + | |||
| \(x-2\) | − | − | 0 | + | |||
| \(x^2-x-2\) | + | 0 | − | 0 | + |
3. Conclusion et lecture graphique
La parabole est au-dessus de la droite à l’extérieur de \([-1\,;2]\), et en dessous entre les deux. Les deux courbes se coupent en \(\ca{(-1\,;1)}\) et \((2\,;4)\) : aux abscisses où la différence s’annule.
Résoudre \(x^2\ge x+2\) en « prenant la racine » des deux côtés. On ne compare jamais directement deux expressions : on étudie le signe de leur différence.
Contrôle. \(x=0\) : \(0\lt2\), et 0 n’est pas solution ✓ ; \(x=3\) : \(9\ge5\), et 3 est solution ✓.
Auto-test
Trois bonnes réponses : passe à la fiche statistiques et probabilités. Sinon, refais les exercices concernés.
Résoudre \(x^2=16\).
\(1\le x\le4\) : encadrer \(\frac1x\).
Signe de \(-x+5\) pour \(x\gt5\) ?
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 : Images, antécédents, lecture graphique, variations. 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
Tableaux de signes : l’outil de toute la Première.
Dans le Groupe Fovéa Seconde, chaque encadrement et chaque tableau de signes 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.
Fonctions
Images, antécédents, lecture graphique, variations. 8 exercices corrigés.
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