Chapitre 4 · Première

Second degré

Un vrai nouveau départ : pour la première fois de l'année, le taux d'évolution n'est plus constant.

🎯 Pour commencer

Jusqu'ici, tout reposait sur une seule idée : une quantité qui varie toujours de la même façon (le coefficient directeur \(a\), la raison \(r\)). Ce chapitre change complètement de décor : on va étudier des phénomènes où le rythme d'évolution change en cours de route — ça ralentit, puis ça repart, ou l'inverse. Ce sont les fonctions polynômes du second degré, et leur courbe caractéristique : la parabole.

🏀
La trajectoire d'un ballon

Lancé en l'air, un ballon monte de moins en moins vite, atteint un sommet, puis redescend de plus en plus vite.

⛲
Le jet d'une fontaine

L'eau jaillit, ralentit en montant, puis retombe : même allure en cloche que le ballon.

💰
Le chiffre d'affaires selon le prix

Vendre trop cher fait fuir les clients, vendre trop peu cher rapporte peu par vente : il existe un prix qui maximise les revenus.

🌉
L'arche d'un pont suspendu

Le câble porteur dessine une courbe qui descend, puis remonte symétriquement de l'autre côté.

⚡ Flash — Ces quatre situations ont toutes la même forme de courbe. Comment la décrirais-tu ?

Une courbe en cloche (ou en U), avec un seul sommet (un maximum ou un minimum) et une forme symétrique de part et d'autre de ce sommet. C'est exactement l'allure d'une parabole — le sujet de ce chapitre !

Vocabulaire indispensable
a, b, c Coefficients

Les trois nombres qui définissent \(f(x) = ax^2+bx+c\), avec toujours \(a \neq 0\) (sinon ce n'est plus du second degré !).

🎯 Racine

Une valeur de \(x\) qui annule \(f\), c'est-à-dire telle que \(f(x) = 0\). Graphiquement : là où la courbe coupe l'axe des abscisses.

I. Définition et différentes écritures
📘 Définition

Une fonction polynôme du second degré est une fonction \(f\) définie sur \(\mathbb{R}\) par :

\(f(x) = ax^2 + bx + c\), avec \(a \neq 0\)
💡 Trois écritures possibles
Forme développée

\(f(x) = ax^2+bx+c\)
La plus courante, celle de la définition.

Forme réduite

\(f(x) = ax^2+c\)
Un cas particulier plus simple à étudier, quand il n'y a pas de terme en \(x\) (autrement dit \(b=0\)).

Forme factorisée

\(f(x) = a(x-x_1)(x-x_2)\)
Celle qui donne directement les racines \(x_1\) et \(x_2\) — on l'utilisera beaucoup en section IV.

⚡ Flash — Dans \(f(x) = 3x^2 - 5x + 2\), quelles sont les valeurs de \(a\), \(b\) et \(c\) ?

\(a = 3\), \(b = -5\), \(c = 2\).

⚡ Flash — Et dans \(g(x) = -x^2 + 4\) ?

\(a = -1\), \(b = 0\) (il n'y a pas de terme en \(x\)), \(c = 4\).

⚡ Flash — Et dans \(h(x) = 6x^2 - 9x\) ?

\(a = 6\), \(b = -9\), \(c = 0\) (il n'y a pas de terme constant, donc \(c=0\)).

⚠️ Le piège classique

Rappelle-toi de la définition : il faut obligatoirement \(a \neq 0\) pour parler de fonction du second degré. Si le coefficient devant \(x^2\) vaut 0, il n'y a tout simplement plus de terme en \(x^2\) : ce n'est plus le sujet de ce chapitre !

⚡ Flash — \(k(x) = 5x - 3\) est-elle une fonction du second degré ?

Non ! Il n'y a pas de terme en \(x^2\), autrement dit \(a = 0\). Ce n'est pas autorisé par la définition : \(k\) est en réalité une simple fonction affine, celle du chapitre 1.

II. L'allure de la courbe : la parabole
📗 Propriété

La courbe représentative d'une fonction polynôme du second degré est une parabole. Son orientation dépend uniquement du signe de \(a\) :

😊 \(a > 0\) — ouverte vers le haut
sommet (min)
🙁 \(a < 0\) — ouverte vers le bas
sommet (max)
⚡ Flash — Sans tracer la courbe, la parabole de \(f(x) = -4x^2+3x-1\) est-elle ouverte vers le haut ou vers le bas ?

Vers le bas : ici \(a = -4 < 0\).

🔍 Axe de symétrie et sommet

Toute parabole possède un axe de symétrie vertical, qui passe par son sommet. Le programme ne donne pas de formule toute faite pour le trouver — mais une astuce simple fonctionne à tous les coups :

Si tu trouves deux valeurs \(x_1\) et \(x_2\) qui donnent la même image \(f(x_1) = f(x_2)\), alors l'axe de symétrie passe forcément par leur milieu : \(x = \dfrac{x_1+x_2}{2}\).

✏️ Exemple — Trouver le sommet sans formule
Soit \(f(x) = x^2 - 4x + 1\). Trouver l'axe de symétrie et le sommet de sa parabole.
On repère\(f(0) = 0-0+1 = 1\)
Autre solutiontelle que \(f(x)=1\) : \(x^2-4x+1=1 \Rightarrow x^2-4x=0 \Rightarrow x(x-4)=0\)
Donc\(x=0\) ou \(x=4\) donnent la même image \(1\)
Axe de symétrie\(x = \dfrac{0+4}{2} = 2\)
Sommet\(f(2) = 4-8+1 = -3\)
Axe de symétrie : \(x=2\) — Sommet : \(S(2\,;\,-3)\)
−112345 axe x=2 (0;1) (4;1) S(2;−3)
III. Tableau de variation
📗 Propriété

Le sens de variation d'une fonction du second degré se lit directement sur le signe de \(a\) et la position du sommet :

\(a > 0\)
↘ ↗

Décroissante puis croissante — le sommet est un minimum

\(a < 0\)
↗ ↘

Croissante puis décroissante — le sommet est un maximum

✏️ Exemple — On reprend la fonction précédente
Rappel : \(f(x) = x^2-4x+1\).

On a trouvé \(a=1>0\) et un sommet en \(S(2\,;\,-3)\) : la fonction décroît jusqu'en 2, puis croît.

\(x\)−∞2+∞
\(f(x)\)↘−3↗
⚡ Flash — Une fonction du second degré a pour coefficient \(a = 0{,}5\) et un sommet en \((3\,;\,-2)\). Quel est son tableau de variation ?

\(a>0\) donc la fonction est décroissante jusqu'en \(x=3\) (où elle vaut \(-2\)), puis croissante ensuite.

🎮 À toi de jouer !

Soit \(g(x) = -2x^2+8\). Sans tracer la courbe, donne le sens de variation de \(g\), la nature de son sommet, et ses coordonnées.

Ici \(a=-2<0\) : la parabole est ouverte vers le bas, donc \(g\) est croissante puis décroissante, et son sommet est un maximum.

Comme \(g\) est écrite sous forme réduite (\(b=0\)), le sommet est déjà situé sur l'axe des ordonnées : son abscisse vaut donc \(x=0\). Son ordonnée est alors \(g(0) = -2\times0^2+8 = 8\).

Sommet : \((0\,;\,8)\)
IV. Racines et signe — la forme factorisée

Bonne nouvelle : dès que \(f\) est donnée sous forme factorisée, trouver ses racines devient immédiat, sans aucun calcul compliqué.

📗 Propriété

Si \(f(x) = a(x-x_1)(x-x_2)\), alors les racines de \(f\) sont exactement \(x_1\) et \(x_2\) : on les lit directement, sans aucun calcul.

✏️ Exemple — Trouver les racines
Soit \(f(x) = 2(x-1)(x+3)\). Donner ses racines.
1er facteur nul\(x - 1 = 0 \Rightarrow x = 1\)
2e facteur nul\(x + 3 = 0 \Rightarrow x = -3\)
Racines : \(x_1 = -3\) et \(x_2 = 1\)
⚡ Flash — Quelles sont les racines de \(h(x) = 5(x-4)(x+7)\) ? (Pas de calcul à faire, juste à lire !)

\(x_1 = 4\) et \(x_2 = -7\) — elles se lisent directement dans les parenthèses.

📋 Étudier le signe

On teste le signe de chaque facteur sur les intervalles délimités par les racines, puis on applique la règle des signes d'un produit.

\(x\)−∞−31+∞
Signe de \(f(x)\)+0−0+

Ici \(a=2>0\) : le signe est celui de \(a\) à l'extérieur des racines, et l'opposé entre les racines.

⚡ Flash — Pour \(k(x) = -6(x-2)(x-9)\) (donc \(a=-6<0\)), quel est le signe de \(k(x)\) entre les racines 2 et 9 ?

Positif entre les racines : quand \(a<0\), c'est l'inverse du cas précédent — négatif à l'extérieur, positif entre les racines.

🎮 À toi de jouer !

Soit \(h(x) = -3(x-2)(x-5)\). Donne ses racines, puis étudie son signe.

Racines

\(x_1 = 2\) et \(x_2 = 5\)

Signe

\(x\)−∞25+∞
Signe de \(h(x)\)−0+0−

Ici \(a=-3<0\) : c'est l'inverse de l'exemple précédent — négatif à l'extérieur, positif entre les racines.

V. 🔭 Vers la suite de l'année
📈 Chapitre suivant — Suites géométriques

On retourne à des évolutions régulières — mais cette fois en multipliant plutôt qu'en ajoutant. Le second degré aura été une parenthèse : les prochains chapitres renouent avec la logique des tout premiers.

💡 Ce qu'il faut retenir d'ici là

Reconnaître une parabole, situer son sommet sans formule, et lire racines et signe sur la forme factorisée : ces trois réflexes reviendront régulièrement, y compris dans d'autres matières (physique, SES).

Mini-quiz — Vérifie tes acquis
1. La courbe d'une fonction du second degré \(f(x)=ax^2+bx+c\) avec \(a<0\) est :
2. On sait que \(f(1) = f(5)\). Quelle est l'abscisse de l'axe de symétrie de la parabole ?
3. Quelles sont les racines de \(f(x) = 4(x+2)(x-6)\) ?
4. Une parabole a un sommet qui est un maximum. Que peut-on en déduire ?
5. Pour \(f(x) = 5(x-1)(x-4)\) (avec \(a=5>0\)), quel est le signe de \(f(x)\) entre les deux racines ?
🏠