Mathématiques : 1Bac S.Exp – STE – STM

Séance 2 (Généralités sur les fonctions)

 

 

Professeur : Mr ETTOUHAMY Abdelhak

 

Sommaire

 

I- Rappels

1-1/ Fonction numérique

1-2/ Fonction paire – fonction impaire

1-3/ Monotonie d’une fonction numérique

1-4/ Taux d’accroissement d’une fonction f

II- Fonction majorée – Fonction minorée – Fonction bornée

2-1/ Définitions 

2-2/ Extremums d’une fonction

2-3/ Fonction périodique

III- Comparaison de deux fonctions et interprétation géométrique

3-1/ Égalité de deux fonctions

3-2/ Comparaison de deux fonctions

IV- Composée de deux fonctions

4-1/ Vocabulaire

4-2/ Définition

4-3/ Monotonie de fonctions composées

V- Étude et représentation graphique de certaines fonctions

5-1/ Fonction f(x)=ax3 a≠0

5-2/ Fonction fx=x+a

VI- Exercices

6-1/ Exercice 1

6-2/ Exercice 2

6-3/ Exercice 3

6-4/ Exercice 4

6-5/ Exercice 5

6-6/ Exercice 6

 


I- Rappels

 

1-1/ Fonction numérique

Toute relation f qui associe chaque élément x au plus  de ℝ par un élément  y de ℝ est appelée fonction numérique de la variable réelle x.

On note : f:ℝ→ℝ   x↦fx

Tous les éléments x de qui ont images par f constituent un ensemble qu'on l’appelle ensemble de définition (ou encore domaine de définition), on le note Df ou Df.

 

 

1-2/ Fonction paire – fonction impaire

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur Df.

f est paire sur Df⇔∀x∈Df , -x∈Df∀x∈Df , f-x=fx

 

f est impaire sur Df⇔∀x∈Df , -x∈Df∀x∈Df , f-x=-fx

 

 

1-3/ Monotonie d’une fonction numérique

définition : 

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur un intervalle I.

f est une fonction croissante sur I⇔∀x,x'∈I;x≤x'⇒fx≤fx'

f est une fonction strictement croissante sur I⇔∀x,x'∈I;x<x'⇒fx<fx'

f est une fonction décroissante sur I⇔∀x,x'∈I;x≤x'⇒fx≥fx'

f est une fonction strictement décroissante sur I⇔∀x,x'∈I;x<x'⇒fx>fx'

f est une fonction constante sur I⇔∀x,x'∈I;fx=fx'

 

 

1-4/ Taux d’accroissement d’une fonction f

Définition

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur un intervalle I.

Soient x,x'∈I tel que x≠x', le nombre fx-fx'x-x' s’appelle le taux d’accroissement de la fonction f entre x et x', on le note Tf.

 

 

Propriétés

Tf est le taux d’accroissement de la fonction f sur l’intervalle I.

Si Tf≤0 alors la fonction f est décroissante sur I.

Si Tf<0 alors la fonction f est strictement décroissante sur I.

Si Tf≥0 alors la fonction f est décroissante sur I.

Si Tf>0 alors la fonction f est strictement décroissante sur I.

Si Tf=0 alors la fonction f est constante sur I.

 

II- Fonction majorée – Fonction minorée – Fonction bornée

 

2-1 Définitions

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur I⊂Df.

Soient M,m∈ℝ

La fonction f est majorée par M sur I si et seulement si ∀x∈I ; fx≤M.

La fonction f est minorée par m sur I si et seulement si ∀x∈I ; fx≥m.

La fonction f est bornée sur I si et seulement si f est majorée et minorée sur I.

Remarque

La fonction f est bornée sur I⇔∃A∈ℝ+ , ∀x∈I : fx≤A

Exemple

 

 

2-2/ Extremums d’une fonction

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur Df tel que x0∈Df.

fx0 est valeur maximale absolue de f si et seulement si ∀x∈Df , fx≤fx0.

fx0 est valeur minimale absolue de f si et seulement si ∀x∈Df , fx≥fx0.

 

 

2-3/ Fonction périodique

f est une fonction numérique de la variable réelle x définie sur Df.

Soit T∈ℝ+*

La fonction f est périodique sur Df et son période est T si et seulement si :

1 x∈Df⇒x+T∈Df et x-T∈Df2 ∀x∈Df : fx+T=fx

Exemple

 

III- Comparaison de deux fonctions et interprétation géométrique

 

3-1/ Égalité de deux fonctions

Soit f et g deux fonctions numériques dont les ensembles de définition sont respectivement Df et Dg.
On dit que f et g sont égales, et on note f = g, si    Df= Dgfx=g(x)

 

 

3-2/ Comparaison de deux fonctions

Soient f et g deux fonctions définies sur I.

- (f≤g sur I)⇔∀x∈I : fx≤gx. La courbe Cf est située au dessous de la courbe Cg sur I.

- (f>g sur I)⇔∀x∈I : fx>gx. La courbe Cf est située strictement au dessus de la courbe Cg sur I.

- (f=g sur I)⇔∀x∈I : fx=gx. La courbe Cf et la courbe Cg sont confondues sur I.

- f est une fonction positive sur Df si et seulement si ∀x∈Df : fx≥0. La courbe Cf de f est située au dessus de l’axe des abscisses.

- f est une fonction strictement négative sur Df si et seulement si . La courbe Cf de f est située strictement au dessous de l’axe des abscisses.

Exemple

 

IV- Composée de deux fonctions

 

4-1/ Vocabulaire

La fonction h:x→hx=gfx, on la note par h=g∘f, d’où : hx=g∘fx=gfx.

La fonction g∘f est appelée la composée des fonction f et g dans cet ordre.

On peut faire le diagramme suivant pour g∘f :

 

 

4-2/ Définition

Soient f et g deux fonctions définies respectivement sur Df et Dg et   fDf⊂Dg.

On pose : Dg∘f=x∈ℝ/x∈Df et fx∈Dg.

La fonction h définie sur Dg∘f par hx=gfx est appelée la composée des fonction f et g dans cet ordre.

On note h=g∘f.

 

 

4-3/ Monotonie de fonctions composées

Soient f et g deux fonctions définies respectivement sur Df et Dg et fDf⊂Dg.

- Si f et g ont même monotonie (strictement monotone) respectivement sur Df et fDf⊂Dg, alors g∘f est croissante sur Df (g∘f est strictement croissante sur Df).

- Si f et g ont monotonie (strictement monotone) opposées respectivement sur Df et fDf⊂Dg, alors g∘f est décroissante sur Df (g∘f est strictement décroissante sur Df).

Exemple

 

V- Étude et représentation graphique de certaines fonctions

 

5-1/ Fonction f(x)=ax3 a≠0

1er cas a>0

 

2nd cas a<0

 

 

5-2/ Fonction fx=x+a

 

VI- Exercices

 

6-1/ Exercice 1

  1. Montrer que la fonction f est majorée par M dans chacune des cas suivantes :

a) f(x)=-x2+2x et M=1.

b) f(x)=3x2+2x2+1 et M=3.

c) f(x)=4x2+2 et M=2.

  1. Montrer que la fonction f est minorée par m dans chacune des cas suivantes :

a) f(x)=x2+4x et m=-4.

b) f(x)=x2+1 et m=1.

  1. Montrer que la fonction f est bornée par M et m dans chacune des cas suivantes :

a) f(x)=1x2+1 et M=0 et m=-1.

b) f(x)=sinx+3 et M=3 et m=0.

 

 

6-2/ Exercice 2

Soit f la fonction définie par : fx=x2+2x+3

  1. Montrer que f-1 est le minimum de f sur ℝ.

Soit g la fonction définie par : g(x) =x2+1x2+x+1

  1. Montrer que g(−1) est le maximum de g sur ℝ.

 

 

6-3/ Exercice 3

Soient f et g deux fonctions.

Déterminer Dg∘f l’ensemble de définition de la fonction g∘f, et Df∘g l’ensemble de définition de la fonction f∘g, et déterminer les expressions g∘fx et f∘gx, dans chacune des cas suivantes :

1 fx=x2  ;  gx=x32 fx=x2-5  ;  gx=1x3 fx=x  ;  gx=x24 fx=x-8  ;  gx=x3

 

 

6-4/ Exercice 4

Déterminer les variations de la fonction f dans chacune des cas suivantes :

1 fx=x2+22 fx=x3-53 fx=8x4 fx=-3x-3+5 5 fx=x2-66 fx=-3+1x7 fx=x-5+68 fx=-6x3+9

 

 

6-5/ Exercice 5

En utilisant la propriété de la monotonie de la composée de deux fonction, étudier la monotonie de la fonction f sur les intervalle I et J dans chacune des cas suivantes :

1 fx=x2+1  ;  I=ℝ+  ;  J=ℝ-2 fx=1x2+3  ;  I=ℝ+  ;  J=ℝ-3 fx=sin2x  ;  I=0;π2  ;  J=π2;π

 

6-6/ Exercice 6

  1. Représenter graphiquement la fonction f dans chacune des cas suivantes :
1 fx=x-22 fx=x+33 fx=-4x3 4 fx=2x35 fx=x-1+26 fx=1x3+1

Soient f et g deux fonctions telles que fx=4x3 et gx=x+2.

  1. Représenter graphiquement f et g.
  1. Résoudre graphiquement l’équation fx=gx.
  1. Résoudre graphiquement l’équation fx<gx.
  1. Vérifier algébriquement les solutions précédentes.