Ce cours sur les paraboles et hyperboles pour le Tronc Commun étudie les fonctions x² et 1/x, leurs courbes, leurs variations et les équations associées, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie Tronc Commun.
Cours sur les paraboles et hyperboles Tronc Commun
Paraboles & Hyperboles
Étude et représentation graphique des fonctions polynômes et homographiques.
à maîtriser
1La fonction \(x \mapsto ax^2\) (Parabole)
- Domaine : \(D_f = \mathbb{R}\).
- Parité : \(f\) est une fonction paire (car \(f(-x) = f(x)\)). Il suffit de l’étudier sur \([0; +\infty[\).
- Variations :
- Si \(a > 0\), \(f\) est strictement décroissante sur \(]-\infty; 0]\) et strictement croissante sur \([0; +\infty[\).
- Si \(a < 0\), \(f\) est strictement croissante sur \(]-\infty; 0]\) et strictement décroissante sur \([0; +\infty[\).
- Son sommet est l’origine du repère \(O(0;0)\).
- Son axe de symétrie est l’axe des ordonnées (\(x = 0\)).
- Si \(a > 0\), la parabole est « tournée vers le haut » (sommet = minimum).
- Si \(a < 0\), la parabole est « tournée vers le bas » (sommet = maximum).
- \(f(x) = \frac{1}{2}x^2\) : Parabole tournée vers le haut.
- \(f(x) = -\frac{1}{2}x^2\) : Parabole tournée vers le bas.
2La fonction \(x \mapsto ax^2+bx+c\) (Parabole)
- Si \(a > 0\) : \(f\) est décroissante sur \(]-\infty; \alpha]\) et croissante sur \([\alpha; +\infty[\). Le sommet est un minimum.
- Si \(a < 0\) : \(f\) est croissante sur \(]-\infty; \alpha]\) et décroissante sur \([\alpha; +\infty[\). Le sommet est un maximum.
- On identifie : \(a = 2\), \(b = -4\), \(c = -2\).
- \(\alpha = -\frac{-4}{2(2)} = 1\).
- \(\beta = f(1) = 2(1)^2 – 4(1) – 2 = 2 – 4 – 2 = -4\).
- La forme canonique est \(f(x) = 2(x – 1)^2 – 4\).
- Le sommet est \(S(1 ; -4)\) et l’axe de symétrie est \(x = 1\).
3La fonction \(x \mapsto \frac{a}{x}\) (Hyperbole)
- Domaine : \(D_f = \mathbb{R}^* = ]-\infty; 0[ \cup ]0; +\infty[\).
- Parité : \(f\) est une fonction impaire (car \(f(-x) = -f(x)\)).
- Variations :
- Si \(a > 0\), \(f\) est strictement décroissante sur \(]-\infty; 0[\) et sur \(]0; +\infty[\).
- Si \(a < 0\), \(f\) est strictement croissante sur \(]-\infty; 0[\) et sur \(]0; +\infty[\).
- Son centre de symétrie est l’origine \(O(0;0)\).
- Elle admet deux asymptotes : l’axe des abscisses (\(y=0\)) et l’axe des ordonnées (\(x=0\)).
4La fonction homographique \(x \mapsto \frac{ax+b}{cx+d}\)
La valeur interdite est \(x = -\frac{d}{c}\).
- La courbe est une hyperbole.
- Son centre de symétrie est le point \(W(\alpha ; \beta)\).
- Ses asymptotes sont les droites d’équation \(x = \alpha\) et \(y = \beta\).
- Domaine : \(x – 1 \neq 0 \implies x \neq 1\). Donc \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{1\}\).
- Forme réduite : \(f(x) = \frac{2(x-1)+3}{x-1} = 2 + \frac{3}{x-1}\).
- Le centre de symétrie est \(W(1 ; 2)\).
- Les asymptotes sont \(x = 1\) et \(y = 2\).
5Applications et Exercices
- On résout \(f(x) = g(x)\) pour trouver les abscisses des points d’intersection.
- On étudie le signe de \(f(x) – g(x)\) :
- Si \(f(x) – g(x) > 0\), \(C_f\) est au-dessus de \(C_g\).
- Si \(f(x) – g(x) < 0\), \(C_f\) est au-dessous de \(C_g\).
Soit \(f(x) = -x^2 + 4x – 3\). Déterminer le sommet de la parabole et dresser le tableau de variations.
Voir la solution
\(a = -1\), \(b = 4\), \(c = -3\).
\(\alpha = -\frac{b}{2a} = -\frac{4}{-2} = 2\).
\(\beta = f(2) = -(2)^2 + 4(2) – 3 = -4 + 8 – 3 = 1\).
Le sommet est \(S(2 ; 1)\).
Comme \(a = -1 < 0\), la fonction est croissante sur \(]-\infty; 2]\) et décroissante sur \([2; +\infty[\).
Soit \(f(x) = \frac{x+2}{x-3}\). Donner son domaine, son centre de symétrie et ses asymptotes.
Voir la solution
Domaine : \(x – 3 \neq 0 \implies x \neq 3\). Donc \(D_f = \mathbb{R} \setminus \{3\}\).
Forme réduite : \(f(x) = \frac{(x-3)+5}{x-3} = 1 + \frac{5}{x-3}\).
Centre de symétrie : \(W(3 ; 1)\).
Asymptotes : \(x = 3\) (verticale) et \(y = 1\) (horizontale).
Étudier la position relative de \(C_f\) et \(C_g\) avec \(f(x) = x^2 – 3x – 4\) et \(g(x) = 3x + 12\).
Voir la solution
On cherche \(f(x) = g(x) \implies x^2 – 6x – 16 = 0\).
\(\Delta = 36 + 64 = 100\). Racines : \(x_1 = 8\) et \(x_2 = -2\).
On étudie le signe de \(f(x) – g(x) = x^2 – 6x – 16\).
Comme \(a = 1 > 0\), le trinôme est positif à l’extérieur des racines.
Donc \(C_f\) est au-dessus de \(C_g\) sur \(]-\infty ; -2[\) et sur \(]8 ; +\infty[\).
\(C_f\) est en dessous de \(C_g\) sur \(]-2 ; 8[\).
★Fiche résumé à retenir
- Parabole \(ax^2\) : Sommet \((0,0)\), axe \(x=0\).
- Parabole \(ax^2+bx+c\) : Sommet \((-\frac{b}{2a} ; f(-\frac{b}{2a}))\).
- Hyperbole \(a/x\) : Centre \((0,0)\), asymptotes \(x=0\) et \(y=0\).
- Hyperbole homographique : Centre \((-\frac{d}{c} ; \frac{a}{c})\), asymptotes \(x=-\frac{d}{c}\) et \(y=\frac{a}{c}\).