Ce cours de généralités sur les fonctions pour la 1ère Bac Sc Ex couvre le domaine de définition, la parité, les variations, les extremums et les courbes, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie 1Bac Sc Ex.
Cours de généralités sur les fonctions 1ère Bac
Généralités sur les fonctions
Domaine, parité, variations, extremums, fonctions usuelles et composée.
à maîtriser
1Définitions et domaine de définition
- \(y\) est l’image de \(x\) par \(f\).
- \(x\) est un antécédent de \(y\) par \(f\).
- Polynôme : \(D_f = \mathbb{R}\).
- Fraction rationnelle : dénominateur \(\ne 0\).
- Racine carrée : expression sous la racine \(\ge 0\).
- Logarithme / tangente : arguments \(> 0\) et angles \(\ne \frac{\pi}{2} + k\pi\).
- \(f(1) = 3 – 1 = 2\).
- \(f(\sqrt{2}) = 3(2) – 1 = 5\).
- \(f(-1) = 3 – 1 = 2\).
- Antécédents de 2 : \(3x^2 – 1 = 2 \iff x^2 = 1 \iff x = \pm 1\).
2Fonctions paires et impaires
- \(f\) est paire si \(\forall x \in D_f\), \(f(-x) = f(x)\).
- \(f\) est impaire si \(\forall x \in D_f\), \(f(-x) = -f(x)\).
- Si \(f\) est paire, sa courbe est symétrique par rapport à l’axe des ordonnées.
- Si \(f\) est impaire, sa courbe est symétrique par rapport à l’origine.
- Somme de deux fonctions paires : paire.
- Produit de deux fonctions paires ou de deux fonctions impaires : paire.
- Produit d’une fonction paire et d’une fonction impaire : impaire.
- Inverse et opposé conservent la parité.
- \(f(x) = 3x^2 – 5\) : \(f(-x) = f(x)\) → paire.
- \(g(x) = \frac{3}{x}\) : \(g(-x) = -g(x)\) → impaire.
- \(h(x) = 2x^3 + x^2\) : \(h(-x) \neq h(x)\) et \(h(-x) \neq -h(x)\) → ni paire ni impaire.
3Variations d’une fonction
- \(f\) est croissante sur \(I\) si \(x_1 < x_2 \implies f(x_1) \le f(x_2)\).
- \(f\) est strictement croissante si \(x_1 < x_2 \implies f(x_1) < f(x_2)\).
- \(f\) est décroissante si \(x_1 < x_2 \implies f(x_1) \ge f(x_2)\).
- \(f\) est constante si \(f(x_1) = f(x_2)\) pour tous \(x_1, x_2\).
- \(f\) strictement croissante \(\iff T(x_1, x_2) > 0\).
- \(f\) strictement décroissante \(\iff T(x_1, x_2) < 0\).
- \(f\) constante \(\iff T(x_1, x_2) = 0\).
- Sur \([0, +\infty[\) : \(x_1, x_2 \ge 0\) donc \(T > 0\) → croissante.
- Sur \(]-\infty, 0]\) : \(x_1, x_2 \le 0\) donc \(T < 0\) → décroissante.
4Variations et parité
- Si \(f\) est paire : \(f\) croissante sur \(I\) \(\iff\) \(f\) décroissante sur \(I’\).
- Si \(f\) est impaire : \(f\) croissante sur \(I\) \(\iff\) \(f\) croissante sur \(I’\).
- \(D_f = \mathbb{R}^*\), \(f\) est impaire.
- \(T(x_1, x_2) = \frac{x_1 x_2 – 1}{x_1 x_2}\).
- Sur \(]0, 1]\) : \(T < 0\) → décroissante.
- Sur \([1, +\infty[\) : \(T > 0\) → croissante.
- Par imparité : croissante sur \(]-\infty, -1]\), décroissante sur \([-1, 0[\).
5Variations de \(af\) et \(f + \alpha\)
- Si \(\alpha > 0\), \(f\) et \(\alpha f\) ont les mêmes variations.
- Si \(\alpha < 0\), \(f\) et \(\alpha f\) ont des variations opposées.
- \(f\) et \(f + \alpha\) ont toujours les mêmes variations.
- \(f(x) = x^2\) est décroissante sur \(]-\infty, 0]\) et croissante sur \([0, +\infty[\).
- \(g(x) = -\frac{1}{2}x^2\) a les variations opposées : croissante sur \(]-\infty, 0]\), décroissante sur \([0, +\infty[\).
- \(h(x) = -\frac{1}{2}x^2 + 5\) a les mêmes variations que \(g\).
6Comparaison de fonctions et fonctions bornées
- \(f \le g\) sur \(I\) si \(\forall x \in I\), \(f(x) \le g(x)\).
- \(f \ge 0\) sur \(I\) si \(\forall x \in I\), \(f(x) \ge 0\).
- \(f\) est majorée sur \(I\) s’il existe \(M\) tel que \(f(x) \le M\) sur \(I\).
- \(f\) est minorée sur \(I\) s’il existe \(m\) tel que \(f(x) \ge m\) sur \(I\).
- \(f\) est bornée si elle est majorée et minorée.
- \(f \le g\) \(\iff\) \((C_f)\) est en dessous de \((C_g)\).
- \(f \ge 0\) \(\iff\) \((C_f)\) est au-dessus de l’axe des abscisses.
7Extremums d’une fonction
- \(f(a)\) est un maximum de \(f\) sur \(I\) si \(\forall x \in I\), \(f(x) \le f(a)\).
- \(f(a)\) est un minimum de \(f\) sur \(I\) si \(\forall x \in I\), \(f(x) \ge f(a)\).
8Fonction polynôme du second degré
- Si \(a > 0\) : \(f\) est décroissante sur \(]-\infty, -\frac{b}{2a}]\), croissante sur \([-\frac{b}{2a}, +\infty[\). Le sommet est un minimum.
- Si \(a < 0\) : \(f\) est croissante puis décroissante. Le sommet est un maximum.
- \(-\frac{b}{2a} = \frac{4}{4} = 1\) et \(f(1) = -4\).
- Sommet \(W(1, -4)\), axe \(x = 1\).
- \(a = 2 > 0\) : minimum en \(x = 1\).
- \(-\frac{b}{2a} = 2\) et \(g(2) = 3\).
- Sommet \(W(2, 3)\), axe \(x = 2\).
- \(a = -\frac{1}{2} < 0\) : maximum en \(x = 2\).
9Fonction homographique
- Si \(\Delta > 0\) : \(f\) est croissante sur chaque intervalle de \(D_f\).
- Si \(\Delta < 0\) : \(f\) est décroissante sur chaque intervalle de \(D_f\).
- Centre de symétrie : \(W\left(-\frac{d}{c}, \frac{a}{c}\right)\).
- Asymptote verticale : \(x = -\frac{d}{c}\).
- Asymptote horizontale : \(y = \frac{a}{c}\).
- \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{1\}\).
- \(\Delta = 2(-1) – 1(1) = -3 < 0\) → décroissante sur \(]-\infty, 1[\) et \(]1, +\infty[\).
- Centre \(W(1, 2)\), asymptotes \(x = 1\) et \(y = 2\).
10Fonctions cube et racine carrée
10.1 \(f(x) = ax^3\)
- \(D_f = \mathbb{R}\).
- Si \(a > 0\) : strictement croissante sur \(\mathbb{R}\).
- Si \(a < 0\) : strictement décroissante sur \(\mathbb{R}\).
10.2 \(f(x) = \sqrt{x + a}\)
- \(D_f = [-a, +\infty[\).
- \(f\) est strictement croissante sur \([-a, +\infty[\).
11Composée de deux fonctions
- Si \(f\) et \(g\) ont la même monotonie, alors \(g \circ f\) est croissante.
- Si \(f\) et \(g\) ont des monotonies opposées, alors \(g \circ f\) est décroissante.
\(f\) décroissante, \(g\) croissante → \(h\) décroissante sur \(]-\infty, 1]\).
12Fonctions périodiques
- \(\forall x \in D_f\), \(x + T \in D_f\) ;
- \(\forall x \in D_f\), \(f(x + T) = f(x)\).
- \(\sin x\), \(\cos x\) : \(T = 2\pi\).
- \(\tan x\) : \(T = \pi\).
- \(\sin(ax)\), \(\cos(ax)\) : \(T = \frac{2\pi}{|a|}\).
Donc \(f\) est périodique de période 1.
13Exercices corrigés
Cherche d’abord seul(e), puis ouvre la solution pour vérifier.
Déterminer le domaine de définition de :
1) \(f(x) = 3x^2 – x + 1\) 2) \(f(x) = \frac{x^3}{2x-4}\) 3) \(f(x) = \frac{2x^4}{x^2-4}\) 4) \(f(x) = \sqrt{-3x+6}\)
Voir la solution
1) Polynôme : \(D_f = \mathbb{R}\).
2) \(2x – 4 \ne 0 \iff x \ne 2\). Donc \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{2\}\).
3) \(x^2 – 4 \ne 0 \iff x \ne \pm 2\). Donc \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}\).
4) \(-3x + 6 \ge 0 \iff x \le 2\). Donc \(D_f = ]-\infty, 2]\).
Étudier la parité de :
1) \(f(x) = \frac{x^2-1}{x}\) 2) \(f(x) = x^2 + \frac{1}{x}\) 3) \(f(x) = \sqrt{1-x^2}\) 4) \(f(x) = \frac{2x^3}{x^2+5}\)
Voir la solution
1) \(D_f = \mathbb{R}^*\). \(f(-x) = \frac{x^2-1}{-x} = -f(x)\) → impaire.
2) \(D_f = \mathbb{R}^*\). \(f(-x) = x^2 – \frac{1}{x} \neq \pm f(x)\) → ni paire ni impaire.
3) \(D_f = [-1, 1]\). \(f(-x) = \sqrt{1-x^2} = f(x)\) → paire.
4) \(D_f = \mathbb{R}\). \(f(-x) = \frac{-2x^3}{x^2+5} = -f(x)\) → impaire.
Soit \(f\) telle que \(5f(x) + f(-x) = 2x^3 – 3x\) pour tout \(x \in \mathbb{R}\).
1) Montrer que \(f\) est impaire. 2) Donner l’expression de \(f(x)\).
Voir la solution
1) En remplaçant \(x\) par \(-x\) : \(5f(-x) + f(x) = -2x^3 + 3x\).
En additionnant : \(6(f(x) + f(-x)) = 0\), donc \(f(-x) = -f(x)\) → impaire.
2) \(5f(x) – f(x) = 2x^3 – 3x\), donc \(4f(x) = 2x^3 – 3x\), soit \(f(x) = \frac{1}{2}x^3 – \frac{3}{4}x\).
Soit \(f(x) = \frac{|x|+1}{2|x|-3}\). Montrer que sa courbe est symétrique par rapport à l’axe des ordonnées.
Voir la solution
\(D_f = \mathbb{R} \setminus \{-\frac{3}{2}, \frac{3}{2}\}\).
\(f(-x) = \frac{|-x|+1}{2|-x|-3} = \frac{|x|+1}{2|x|-3} = f(x)\).
Donc \(f\) est paire : sa courbe est symétrique par rapport à l’axe des ordonnées.
Soit \(f(x) = -x^2 + x\). Démontrer que \(f\) est majorée sur \(\mathbb{R}\).
Voir la solution
\(f(x) = -(x^2 – x) = -\left((x – \frac{1}{2})^2 – \frac{1}{4}\right) = -(x – \frac{1}{2})^2 + \frac{1}{4}\).
Donc \(f(x) \le \frac{1}{4}\) pour tout \(x\). \(f\) est majorée par \(\frac{1}{4}\).
Soit \(g(x) = 4\sin x – 3\). Montrer que \(g\) est bornée sur \(\mathbb{R}\).
Voir la solution
\(-1 \le \sin x \le 1\), donc \(-4 \le 4\sin x \le 4\), donc \(-7 \le g(x) \le 1\).
\(g\) est bornée sur \(\mathbb{R}\).
Soit \(f(x) = -4x^2 + 4x + 5\). 1) Montrer que \(f(x) = 6 – (2x-1)^2\). 2) En déduire le maximum de \(f\).
Voir la solution
1) \(6 – (4x^2 – 4x + 1) = -4x^2 + 4x + 5 = f(x)\).
2) \((2x-1)^2 \ge 0\), donc \(f(x) \le 6\). Et \(f(\frac{1}{2}) = 6\). Donc \(6\) est le maximum de \(f\), atteint en \(x = \frac{1}{2}\).
Soit \(f(x) = 2x^2 – 4x – 2\). Déterminer le sommet, l’axe de symétrie et le tableau de variation.
Voir la solution
\(-\frac{b}{2a} = \frac{4}{4} = 1\) et \(f(1) = -4\). Sommet \(W(1, -4)\).
Axe de symétrie : \(x = 1\). \(a = 2 > 0\) : minimum en \(x = 1\).
\(f\) décroissante sur \(]-\infty, 1]\), croissante sur \([1, +\infty[\).
Soit \(f(x) = \frac{2x+1}{x-1}\). 1) \(D_f\). 2) Calculer \(\Delta\) et en déduire la monotonie. 3) Donner les asymptotes et le centre de symétrie.
Voir la solution
1) \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{1\}\).
2) \(\Delta = 2(-1) – 1(1) = -3 < 0\) → \(f\) décroissante sur chaque intervalle de \(D_f\).
3) Centre \(W(1, 2)\), asymptotes \(x = 1\) et \(y = 2\).
Soit \(f(x) = \frac{1}{4}x^3\). Étudier ses variations et tracer sa courbe.
Voir la solution
\(D_f = \mathbb{R}\). Si \(x_1 < x_2\), alors \(x_1^3 < x_2^3\), donc \(f(x_1) < f(x_2)\).
\(f\) est strictement croissante sur \(\mathbb{R}\).
Valeurs : \(f(-2) = -2\), \(f(0) = 0\), \(f(2) = 2\).
Soit \(f(x) = \sqrt{x+2}\). 1) \(D_f\). 2) Variations. 3) Tracer.
Voir la solution
1) \(x + 2 \ge 0 \iff x \ge -2\). Donc \(D_f = [-2, +\infty[\).
2) \(f\) est strictement croissante sur \([-2, +\infty[\).
3) \(f(-2) = 0\), \(f(-1) = 1\), \(f(2) = 2\), \(f(7) = 3\).
Soient \(f(x) = 1 – x\) et \(g(x) = \sqrt{x}\). On pose \(h = g \circ f\).
1) Déterminer \(D_h\). 2) Donner l’expression de \(h(x)\). 3) Étudier les variations de \(h\).
Voir la solution
1) \(D_h = \{x \in \mathbb{R} \mid 1 – x \ge 0\} = ]-\infty, 1]\).
2) \(h(x) = \sqrt{1 – x}\).
3) \(f\) est décroissante sur \(]-\infty, 1]\) et \(g\) est croissante sur \([0, +\infty[\). D’après le théorème des fonctions composées, \(h\) est décroissante sur \(]-\infty, 1]\).
Soient \(f(x) = \frac{2x+3}{x-1}\) et \(h(x) = x^2 + 2\). On pose \(F = h \circ f\).
1) Montrer que \(F(x) = \frac{6x^2+8x+11}{(x-1)^2}\).
2) Étudier les variations de \(F\) sur \(]1, +\infty[\), sur \(]-\frac{3}{2}, 1[\) et sur \(]-\infty, -\frac{3}{2}]\).
Voir la solution
1) \(F(x) = \left(\frac{2x+3}{x-1}\right)^2 + 2 = \frac{(2x+3)^2 + 2(x-1)^2}{(x-1)^2} = \frac{4x^2+12x+9+2x^2-4x+2}{(x-1)^2} = \frac{6x^2+8x+11}{(x-1)^2}\).
2) \(\Delta = -5 < 0\) → \(f\) décroissante sur chaque intervalle de \(D_f\).
Sur \(]1, +\infty[\) : \(f(x) \in ]2, +\infty[\), \(h\) croissante → \(F\) décroissante.
Sur \(]-\frac{3}{2}, 1[\) : \(f(x) \in ]-\infty, 0[\), \(h\) décroissante → \(F\) croissante.
Sur \(]-\infty, -\frac{3}{2}]\) : \(f(x) \in [0, 2[\), \(h\) croissante → \(F\) décroissante.
1) Montrer que \(f(x) = x – E(x)\) est périodique de période 1.
2) Quelle est la période de \(g(x) = \sin(4x-1)\) ? De \(h(x) = \cos(5x)\) ?
Voir la solution
1) \(f(x+1) = (x+1) – E(x+1) = x+1 – E(x) – 1 = x – E(x) = f(x)\). Donc \(T = 1\).
2) \(g\) : \(T = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}\). \(h\) : \(T = \frac{2\pi}{5}\).
Soit \(f(x) = \frac{2x^2+3}{x^2+1}\). 1) \(D_f\). 2) Montrer que \(f\) est majorée par 3 et minorée par 2. 3) \(f\) est-elle bornée ?
Voir la solution
1) \(x^2 + 1 \ne 0\) toujours → \(D_f = \mathbb{R}\).
2) \(f(x) – 3 = \frac{2x^2+3-3x^2-3}{x^2+1} = \frac{-x^2}{x^2+1} \le 0\) → \(f(x) \le 3\).
\(f(x) – 2 = \frac{2x^2+3-2x^2-2}{x^2+1} = \frac{1}{x^2+1} > 0\) → \(f(x) > 2\).
3) \(2 < f(x) \le 3\) → \(f\) est bornée sur \(\mathbb{R}\).
★Fiche résumé à retenir
- Domaine : dénominateur \(\ne 0\), racine \(\ge 0\).
- Parité : \(f(-x) = f(x)\) (paire), \(f(-x) = -f(x)\) (impaire).
- Taux d’accroissement : \(T = \frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}\) ; \(T > 0\) → croissante.
- \(af\) : même sens si \(a > 0\), opposé si \(a < 0\). \(f+\alpha\) : mêmes variations.
- Parabole : sommet \(\left(-\frac{b}{2a}, f\left(-\frac{b}{2a}\right)\right)\) ; \(a > 0\) → minimum.
- Homographique : \(\Delta = ad – bc\) ; \(\Delta > 0\) → croissante.
- Composée : \(g \circ f(x) = g(f(x))\) ; même monotonie → croissante, opposée → décroissante.
- Période : plus petit \(T > 0\) tel que \(f(x+T) = f(x)\).