Thème 12: Généralités sur les fonctions



Documents pareils
Thème 17: Optimisation

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

Notion de fonction. Résolution graphique. Fonction affine.

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

Lecture graphique. Table des matières

LE PROCESSUS ( la machine) la fonction f. ( On lit : «fonction f qui à x associe f (x)» )

Les fonction affines

Fonctions linéaires et affines. 1 Fonctions linéaires. 1.1 Vocabulaire. 1.2 Représentation graphique. 3eme

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

Découverte du logiciel ordinateur TI-n spire / TI-n spire CAS

Notion de fonction. Série 1 : Tableaux de données. Série 2 : Graphiques. Série 3 : Formules. Série 4 : Synthèse

Fonctions de plusieurs variables

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Trépier avec règle, ressort à boudin, chronomètre, 5 masses de 50 g.

CHAPITRE 2 SYSTEMES D INEQUATIONS A DEUX INCONNUES

t 100. = 8 ; le pourcentage de réduction est : 8 % 1 t Le pourcentage d'évolution (appelé aussi taux d'évolution) est le nombre :

Baccalauréat ES Amérique du Nord 4 juin 2008

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

I. Ensemble de définition d'une fonction

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

Problèmes sur le chapitre 5

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

Du Premier au Second Degré

Chapitre 4: Dérivée d'une fonction et règles de calcul

EXERCICES DE REVISIONS MATHEMATIQUES CM2

PARTIE NUMERIQUE (18 points)

2x 9 =5 c) 4 2 x 5 1= x 1 x = 1 9

Prénom : MATHÉMATIQUES. 120 minutes Compas, règle métrique, rapporteur, équerre, calculatrice non programmable

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Les Conditions aux limites

Petit lexique de calcul à l usage des élèves de sixième et de cinquième par M. PARCABE, professeur au collège Alain FOURNIER de BORDEAUX, mars 2007

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Eté LIVRET de RÉVISIONS en MATHÉMATIQUES

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Fonctions homographiques

Les nombres entiers. Durée suggérée: 3 semaines

Durée de L épreuve : 2 heures. Barème : Exercice n 4 : 1 ) 1 point 2 ) 2 points 3 ) 1 point

modélisation solide et dessin technique

Diviser un nombre décimal par 10 ; 100 ; 1 000

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Activités numériques [13 Points]

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Commun à tous les candidats

ÉVALUATION EN FIN DE CM1. Année scolaire LIVRET DE L'ÉLÈVE MATHÉMATIQUES

Baccalauréat ES Polynésie (spécialité) 10 septembre 2014 Corrigé

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

EVALUATIONS FIN CM1. Mathématiques. Livret élève

ÉQUATIONS MISE EN ÉQUATION ET RÉSOLUTION D UN PROBLÈME. 3 x + 5 = 11. x + 4 = x = 4 Mais qui sont ces inconnues?

Mesures et incertitudes

Statistique : Résumé de cours et méthodes

Logistique, Transports

Sommaire de la séquence 8

Livret de formules. Calcul Professionnel Boulangère-Pâtissière-Confiseuse AFP Boulanger-Pâtissier-Confiseur AFP

Révision mars Un terrain que la famille Boisvert veut acheter mesure 100m par 200m. Calcule la longueur de ses diagonales.

EVALUATIONS MI-PARCOURS CM2

Université Paris-Dauphine DUMI2E 1ère année, Applications

Priorités de calcul :

Quel système d équations traduit cette situation? x : la hauteur du rectangle. y : l aire du rectangle. C) y = 4x + 25.

Séquence 2. Repérage dans le plan Équations de droites. Sommaire

INTRODUCTION. A- Modélisation et paramétrage : CHAPITRE I : MODÉLISATION. I. Paramétrage de la position d un solide : (S1) O O1 X

SOMMAIRE... SOMMAIRE... SOMMAIRE... SOMMAIRE... SOMMAIRE... SOMMAIRE... LES MESURES

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Résolution d équations non linéaires

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Guide des autorisations d urbanisme

INTRODUCTION À L ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

Représentation géométrique d un nombre complexe

Vision industrielle et télédétection - Détection d ellipses. Guillaume Martinez 17 décembre 2007

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

TP 7 : oscillateur de torsion

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

B = A = B = A = B = A = B = A = Recopier sur la copie chaque expression numérique et la réponse exacte. Réponse A Réponse B Réponse C Solution

Fonctions de plusieurs variables

Caractéristiques des ondes

Fonction quadratique et trajectoire

Les devoirs en Première STMG

6 ème. Rallye mathématique de la Sarthe 2013/ ère épreuve de qualification : Problèmes Jeudi 21 novembre 2013

Calculs de probabilités avec la loi normale

Q6 : Comment calcule t-on l intensité sonore à partir du niveau d intensité?

SINE QUA NON. Découverte et Prise en main du logiciel Utilisation de bases

Sommaire de la séquence 12

1 Mise en application

Exercices types Algorithmique et simulation numérique Oral Mathématiques et algorithmique Banque PT

MOTO ELECTRIQUE. CPGE / Sciences Industrielles pour l Ingénieur TD06_08 Moto électrique DIAGRAMME DES INTER-ACTEURS UTILISATEUR ENVIRONNEMENT HUMAIN

LA PHYSIQUE DES MATERIAUX. Chapitre 1 LES RESEAUX DIRECT ET RECIPROQUE

Transcription:

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 69 Thème 12: Généralités sur les fonctions 12.1 Introduction Qu est-ce qu une fonction? Une fonction est une sorte de "machine". On choisit dans un ensemble de départ A un objet qu'on introduit dans la machine, qui le transforme. À la sortie, elle en a fait un nouvel objet appelé image de l'objet de départ. La machine établit ainsi un lien entre un ensemble de départ A et un ensemble d'arrivée B contenant les images. Un exemple de la vie courante: 12.2 Les 4 représentations d une fonction : Chaque objet de A a une image et une seule dans B. Les objets qui entrent dans la machine et en ressortent sont le plus souvent des nombres. Vous achetez des timbres à 90 centimes. Le prix que vous paierez à la caisse dépendra du nombre de timbres que vous achetez. On dira alors que le prix est fonction du nombre de timbres. Expressions de la fonction f : A B x 0,9x ou f (x) = 0,9x Diagramme sagittal Tableau de valeurs Le graphique 1 2 3 f 0,90 1,80 3 2 y A x B 2,70 y 1,50 1 1 2 3 x Définition: Lorsqu on associe au nombre x le nombre y, on dit que y est l image de x, et que x est une préimage de y. Une fonction est une règle de correspondance pour laquelle chaque valeur de la variable x (choisie dans un certain domaine) a une et une seule image bien déterminée y.

70 THÈME 12 Modèle 1 : La température comme fonction du temps: On a relevé, un certain jour en un endroit donné, la température toutes les deux heures. Si T désigne la température et h l heure, on peut dire que T est fonction de h. La relation qui lie h et T est donnée par le tableau : h (en heures) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (en degrés) 2 1,6 1 0,2 1,6 4,3 5,9 6 5 4,3 2,2 1,1 0,2 a) Quelle est l image de 2? b) 14 est-elle l image de 6? c) Déterminer les préimages de 4,3? d) Lequel de ces 2 graphiques correspond à la situation représentée?

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 71 Exercice 12.1: L allongement a d un ressort est donné en fonction de la masse m suspendue à ce ressort par le tableau : m (en kg) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a (en cm) 0 7 14 21 28 35 50 65 73 73 73 a) Donner l image de 2 puis la préimage de 7. b) Faire une représentation graphique, puis interpréter ces données. Exercice 12.2: Soit f la fonction donnée par f (x) = 3x 2 + x 5. a) Calculer les images de 0 et de -3. b) Calculer les préimages de 5 et de -6. Exercice 12.3: Soit h la fonction donnée par h(x) = x + 3 x 2. Compléter le diagramme : 1-5 2-3 Exercice 12.4: Exercice 12.5: Représenter graphiquement l évolution de la moyenne d un élève qui obtient successivement les notes : 4 ; 4.5 ; 4 ; 2 ; 3.5 ; 6 ; 5.5 ; 5 ; 6. Représenter graphiquement le prix à payer en fonction du temps de stationnement dans un parking qui pratique les tarifs suivants : de 0 à 60 minutes : 2.- de 1 h à 2 h : 5.- ensuite le prix augmente de 2.- par tranche de 30 minutes.

72 THÈME 12 12.2 Modèle mathématique, fonction donnée par une formule: Une des branches importantes des mathématiques est la modélisation. Dans le cadre de l exercice 1, on pourrait chercher une formule permettant de calculer l allongement a en fonction de la masse m. On obtiendrait un modèle mathématique de cette situation concrète. Dans ce cours, nous allons voir comment on trouve des formules (fonctions mathématiques) pour décrire des situations concrètes. Nous allons voir aussi comment résoudre des questions relatives à une fonction dont on connaît la description par une formule mathématique. Exemple d une fct donnée par une formule : y = 7x est une formule qui définit une fonction. Appelons g cette fonction. On utilise de façon équivalente l une ou l autre des formulations suivantes: g est la fonction qui à toute valeur de x fait correspondre la valeur y = 7x. g est la fonction donnée par g(x) = 7x. g est la fonction donnée par g : x 7x. g(x) se lit «g de x». Il ne s agit pas d une multiplication! Concrètement, g( x) = 7x représentait, dans l exercice 1, l allongement du ressort lorsqu on lui accroche une masse m supposée pas trop grande. Le nombre noté g(1,5) correspondra donc à l allongement du ressort à l aide d une masse de 1,5 kg et se calculera en remplaçant x par 1,5 dans la formule : g(1,5) = 7 1,5 = 10,5 (cm). On doit, dans cette situation concrète, préciser une condition d utilisation de la formule qui est: x est un nombre supérieur ou égal à zéro et inférieur ou égal à 5. On écrira simplement E D = [0 ; 5].

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 73 Modèle 2 : Modéliser une situation: Vous organisez un voyage d autobus pour assister à un événement culturel. Le coût du billet est de 40 francs par personne. Cependant, si le groupe comprend plus de 24 personnes, la compagnie d autobus accorde une réduction pour chacun des passagers. Cette réduction est calculée en prenant le nombre de personnes qui s ajoute au groupe minimum de 24 multiplié par 75 centimes. Sachant que l autobus ne peut contenir plus de 48 personnes: a) Esquisser graphiquement le coût C du billet par personne en fonction du nombre x de personnes. b) Exprimer algébriquement la relation entre les variables C et x. c) Calculer le prix total P pour un groupe de 10, 20, 30, puis 40 personnes. d) Esquisser graphiquement le prix total P pour un groupe, en fonction du nombre x de personnes du groupe.

74 THÈME 12 Exercice 12.6: Trois compagnies de taxis pratiquent les tarifs suivants : Compagnie A B C Prise en charge 0. 5. 3. Prix par km 3..80 1.50 a) Exprimer pour chaque compagnie le prix à payer P en fonction de la distance x parcourue. b) Sur un même dessin, représenter le prix demandé par chaque compagnie en fonction du parcours. Les 3 prix se représentent à l aide de droites. c) Pour quels parcours la compagnie C est-elle la plus avantageuse? Exercice 12.7: Un musée offre des prix spéciaux pour les groupes d étudiants, ces prix sont fonction du nombre d étudiants dans le groupe. Nbre de personnes dans le groupe Prix en Frs 0 à 20 4. plus de 20 2.50 a) Trouver un modèle mathématique décrivant le coût individuel en fonction du nombre d étudiants dans le groupe. b) Donner le graphique de cette fonction. c) Quel sera le coût individuel pour un groupe de 18 étudiants? de 27 étudiants? d) Trouver un modèle mathématique décrivant le coût total pour un groupe en fonction du nombre d étudiants dans le groupe. e) Donner le graphique de cette fonction. f) Quel sera le coût total pour un groupe de 18 étudiants? de 27 étudiants? Exercice 12.8: Un thermomètre est gradué à la fois en degrés Celsius et en degrés Fahrenheit. Notons C la température en degrés Celsius et F celle en Fahrenheit. a) Trouver une formule de la forme F = a C + b permettant de calculer F lorsqu on connaît C. b) Représenter graphiquement F en fonction de C. c) Trouver une formule permettant de calculer C lorsqu on connaît F. d) Exprimer en Celsius les températures de 25 F et 100 F.

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 75 Exercice 12.9: On veut fabriquer une boîte ouverte à partir d un morceau de carton de 30 sur 50 cm en coupant à chaque coin un carré de côté x puis en repliant les bords (voir figure). a) Calculer le volume V de la boîte, lorsque x = 5. b) Exprimer le volume V de la boîte en fonction de x. On notera V (x) la fonction ainsi définie. c) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles. d) Représenter graphiquement la fonction V (x), en choisissant de faire le calcul pour les valeurs x = 0, 3, 6, 9, 12 et 15. e) Comment faire d après le graphique ci-dessus pour construire une boîte dont le volume soit le plus grand possible? Modèle 3 : Modéliser une situation: On désire construire une aire de repos de forme rectangulaire le long de l autoroute. Notons x la longueur du côté du rectangle perpendiculaire à la route, et y le côté parallèle à la route. On place une barrière autour de l aire de repos sur trois côtés seulement, la route faisant la délimitation du 4 ème côté. On veut de plus que la surface du rectangle soit de 4'800 m 2. On notera L la longueur totale des trois barrières. a) Faire une figure d étude et placer les variables x et y. b) Exprimer y en fonction de x. c) Exprimer L en fonction de x. d) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles.

76 THÈME 12 Exercice 12.10: Suite du modèle précédent : e) Représenter graphiquement L en fonction de x, x ] 0 ; 150 ] f) Chercher à l aide du graphique précédent les dimensions du rectangle de telle sorte que L soit la plus petite possible. Exercice 12.11: On dispose de 250 m de clôture grillagée pour construire 6 cages pour un zoo, assemblées selon le schéma ci-dessous : a) Exprimer y en fonction de x. b) Exprimer l aire totale des 6 cages en fonction de x. c) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles. Exercice 12.12: On veut construire la structure d une caisse à base carrée avec 12 m de lambourdes. Posons x les côtés de la base carrée et y comme indiqué sur la figure. a) Exprimer y en fonction de x. b) Exprimer le volume V(x) de la caisse. c) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles. d) Représenter le graphique de V(x) pour x > 0. e) Pour quelle valeur approximative de x la caisse aura-t-elle un volume maximum? Exercice 12.13: y x x Une cabine de douche de forme parallélépipédique à base carrée est fabriquée à partir de deux matériaux différents : le sol (carré) revient à Fr 400.- par m 2 ; les cinq autres parois coûtent Fr 100.- par m 2. On sait encore que le coût total des matériaux sera de Fr 1500.- a) Exprimer le coût de chaque type de parois. b) Grâce au coût total, exprimer y en fonction de x. c) Exprimer le volume V(x) de cette cabine de douche en fonction de x. d) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles. e) À l aide du graphique ci-contre, déterminer approximativement les dimensions de cette cabine de douche admettant un volume maximal.

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 77 Exercice 12.14: On veut annexer un abri rectangulaire formé de deux parois verticales de 4 m de large et d un toit plat à une construction existante, comme le montre la figure. Le toit plat est fait en tôle et coûte 15 frs le mètre carré, les côtés sont faits de contreplaqué qui coûte 10 frs le mètre carré. a) Si l on a 800 frs à disposition pour la construction, exprimer la longueur y en fonction de la hauteur x. b) Exprimer le volume intérieur V(x) de l abri en fonction de x. c) Préciser quelles sont les valeurs de x possibles. Exercice 12.15: Une entreprise projette de fabriquer un réservoir en forme de cylindre circulaire droit, ouvert au sommet et d une capacité de 24π cm 3. Le prix des matériaux pour le fond est de 1,20 frs/cm 2 et pour la paroi de 0,50 frs/cm 2. a) Exprimer la hauteur du réservoir en fonction du rayon x. b) Exprimer le prix des matériaux du réservoir en fonction du rayon x. Exercice 12.16: Un rectangle ABCD a un périmètre de 40 cm. Il tourne dans l espace autour de AD et engendre ainsi un cylindre. Déterminer le volume V(x) de ce cylindre en fonction du rayon CD = x. 12.3 Notion d ensemble de définition Définition: Considérons une fonction donnée par la formule y = f (x). L ensemble de toutes les valeurs de x pour lesquelles on peut utiliser cette formule s appelle l ensemble de définition de la fonction. On le note E D. Méthode: Pour trouver l ensemble de définition d une fonction, on cherche s il y a des conditions concrètes d utilisation de la formule, et/ou des valeurs interdites pour lesquelles on ne peut pas faire le calcul. On se souviendra en particulier qu il est interdit de diviser par zéro.

78 THÈME 12 Modèle 4: Déterminer E D : Déterminer les ensembles de définition de a) la fonction rencontrée au modèle 2 (voyage en autobus) b) f (x) = 1 x 3 (sans condition concrète d utilisation) Exercice 12.17: Donner l ensemble de définition de la fonction f si : x(x + 4) a) f (x) = 3 2x c) f (x) = x 3 x 2 + x e) f (x) = g) f (x) = 3 x 2 9x +14 5(4 x)2 (1 x 2 )(2 x) 2x b) f (x) = 16 x 2 d) f (x) = x 1 x f) f (x) = x 2 + x +1 2x 2 3 12.3 Un peu de vocabulaire au sujet des graphiques Définition: Le graphe d'une fonction f est l'ensemble de tous les couples de la forme (x ; f (x)) où x est un élément de l'ensemble de départ (ou ensemble de définition). On représente en général le graphe d'une fonction dans le système d'axes Oxy, en traçant l'ensemble des points du plan dont les coordonnées sont de la forme (x ; f (x)). On dit alors que le graphe de f est la courbe d'équation y = f (x). axe des ordonnées f (x) P(x ; f (x)) x axe des abscisses graphe de f Soit un point Q(4 ; 2). Les nombres 4 et 2 sont appelés les coordonnées de Q. La première coordonnée s appelle l abscisse et la deuxième coordonnée s appelle l ordonnée.

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 79 Modèle 5: Coordonnées de points sur un graphe : On considère la fonction f (x) = x 2 + 1. a) Le point P(3 ; 11) est-il sur le graphe de f (x)? b) Quel devrait être alors l abscisse de ce point pour que son ordonnée puisse valoir 11? Exercice 12.18: Exercice 12.19: Résoudre les questions suivantes sans dessin. a) Le point P(1 ; 6) est-il sur le graphe de f (x) = 2x + 4? b) Le point P(2 ; 7) est-il sur le graphe de f (x) = x 2 + 8x 11? c) Le point P d abscisse x = 3 est sur le graphe de f (x) = x 2 7x + 3. Déterminer son ordonnée. d) Le point P d ordonnée y = -2 est sur le graphe de f (x) = 2x + 4. Déterminer son abscisse Calculer k sachant que le point P(k ; 4) est sur le graphe de la fonction f donnée par f (x) = x 2 5x +10. 12.4 Points d intersection entre le graphe et les axes de coordonnées. Intersection sur Ox : Intersection sur Oy : La première coordonnée des points d intersection du graphe de f et l axe Ox s obtient en calculant les zéros de la fonction f. C est-à-dire en résolvant l équation f (x) = 0. La deuxième coordonnée du point d intersection du graphe de f et l axe Oy s obtient en calculant l ordonnée à l origine de la fonction f. C est-à-dire en calculant f (0).

80 THÈME 12 Modèle 6: Intersection avec les axes : Pour la fonction f (x) = 3x +18 9 x, on demande l E D, et les 2 coordonnées des points d intersection avec les axes. Exercice 12.20: On donne f (x) = 2x 2 x 6. a) Déterminer le(s) point(s) d intersection du graphe de f et de l axe Ox. b) Déterminer le(s) point(s) d intersection du graphe de f et de l axe Oy. Exercice 12.21: Pour chacune des fonctions suivantes, donner les zéros de la fonction, ainsi que l ordonnée à l origine. x(x + 4) a) f (x) = 3 2x c) f (x) = x 3 x 2 + x 2x b) f (x) = 16 x 2 d) f (x) = x 2 + x +1 2x 2 3 Exercice 12.22: Déterminer les coordonnées des points d intersection du graphe de f et des axes. a) f (x) = c) f (x) = 5(4 x)2 (1 x 2 )(2 x) 3 x 2 9x +14 b) f (x) = x 1 x Exercice 12.23: Pour les 3 fonctions : a) f (x) = 5x 2 b) f (x) = x 2 x + 3 c) f (x) = 1 x calculer les 5 expressions suivantes : f (a + h) f (a) f ( a) ; f (a) ; f (a + h) ; f (a) + f (h) et. h

GÉNÉRALITÉS SUR LES FONCTIONS 81

82 THÈME 12