Synthèse —
fonctions de référence

Chapitre 3 — Fonctions de référence — Feuille d'exercices n°4 — 2nde

3 fonctions Bilan Vue d'ensemble

📌 Les trois fonctions de référence — tableau comparatif

Fonction carréFonction inverseFonction racine carrée
Expression\(f(x)=x^2\)\(g(x)=\dfrac{1}{x}\)\(h(x)=\sqrt{x}\)
Ensemble de définition\(\mathbb{R}\)\(\left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]0\,;\,+\infty\right[\)\(\left[0\,;\,+\infty\right[\)
Sens de variationDécroît puis croîtDécroît sur chaque intervalleCroît
SigneToujours \(\geq 0\)Signe de \(x\)Toujours \(\geq 0\)
Valeur en 1\(1\)\(1\)\(1\)
Corrections vues :
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Exercice 1 / 6

Calculer une image Comparer
✓ Vu

On considère les trois fonctions de référence \(f(x)=x^2\), \(g(x)=\dfrac{1}{x}\) et \(h(x)=\sqrt{x}\).

a)
\(f(3)\)
b)
\(g(3)\)
c)
\(h(3)\)

d) Ranger les trois résultats obtenus dans l'ordre croissant.

💡 Indices

\(3\) n'est pas un carré parfait : laisse \(\sqrt{3}\) sous forme exacte, ou utilise une valeur approchée (\(\sqrt{3}\approx 1{,}73\)) pour la comparaison.
Compare les trois résultats numériquement : un tiers, environ \(1{,}73\), et \(9\).
a) \(f(3)\)
Calcul\(f(3) = 3^2 = 9\)
b) \(g(3)\)
Calcul\(g(3) = \dfrac13 \approx 0{,}33\)
c) \(h(3)\)
Calcul\(h(3) = \sqrt{3} \approx 1{,}73\)
d) Rangement
\(g(3) < h(3) < f(3)\), c'est-à-dire \(\dfrac13 < \sqrt{3} < 9\)

Exercice 2 / 6

Ensemble de définition Fonction combinée
✓ Vu

Donner l'ensemble de définition de chacune des fonctions suivantes.

a) \(f(x) = x^2\)
b) \(g(x) = \dfrac{1}{x}\)
c) \(h(x) = \sqrt{x}\)
d) \(m(x) = \sqrt{x} + \dfrac{1}{x}\)

💡 Indices

La fonction \(m\) combine une racine carrée et un inverse : \(m(x)\) n'est défini que si les deux morceaux le sont en même temps. Il faut donc combiner les deux conditions \(x\geq 0\) et \(x\neq 0\).
a) \(f(x)=x^2\)
\(D_f = \mathbb{R}\)
b) \(g(x)=\dfrac1x\)
\(D_g = \left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]0\,;\,+\infty\right[\)
c) \(h(x)=\sqrt{x}\)
\(D_h = \left[0\,;\,+\infty\right[\)
d) \(m(x)=\sqrt{x}+\dfrac1x\)

\(m(x)\) est défini si et seulement si \(\sqrt{x}\) et \(\dfrac1x\) sont définis en même temps, c'est-à-dire \(x\geq 0\) et \(x\neq 0\).

\(D_m = \left]0\,;\,+\infty\right[\)

Exercice 3 / 6

Sens de variation Comparer les 3 fonctions
✓ Vu

On considère les trois fonctions de référence \(f(x)=x^2\), \(g(x)=\dfrac{1}{x}\) et \(h(x)=\sqrt{x}\). En t'appuyant sur le tableau comparatif du rappel, réponds aux questions suivantes.

a) Sur quel intervalle \(f\) et \(h\) sont-elles toutes les deux croissantes ?
b) Peut-on dire que \(g\) est croissante sur \(\left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]0\,;\,+\infty\right[\) tout entier ? Justifier.
c) Parmi \(f\), \(g\) et \(h\), quelles sont les fonctions définies en \(x=0\) ?
d) Entre \(f\) et \(h\), laquelle « grandit » le plus vite lorsque \(x\) devient très grand ? Justifier à l'aide d'un exemple numérique.

💡 Indices

\(g\) est bien décroissante sur chacun des deux intervalles séparément, mais \(\left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]0\,;\,+\infty\right[\) n'est pas un intervalle : on ne peut pas parler de sens de variation « global » dessus.
Compare par exemple \(f(100)\) et \(h(100)\).
a) Intervalle commun de croissance

\(f\) est croissante sur \(\left[0\,;\,+\infty\right[\), et \(h\) est croissante sur tout son domaine \(\left[0\,;\,+\infty\right[\). Elles sont donc toutes les deux croissantes sur \(\left[0\,;\,+\infty\right[\).

b) Variation de \(g\) sur \(D_g\)

❌ NON — \(g\) est décroissante sur \(\left]-\infty\,;\,0\right[\) et décroissante sur \(\left]0\,;\,+\infty\right[\), mais ces deux intervalles sont séparés (\(0\) n'appartient pas au domaine). On ne peut donc pas affirmer que \(g\) est décroissante sur la réunion des deux : par exemple, \(-1<1\) mais \(g(-1)=-1<1=g(1)\), l'ordre n'est pas inversé entre ces deux intervalles.

c) Fonctions définies en \(0\)

\(f(0)=0\) et \(h(0)=0\) existent, mais \(g(0)=\dfrac10\) n'existe pas. Seules \(f\) et \(h\) sont définies en \(0\).

d) Comparaison de croissance
Exemple\(f(100) = 100^2 = 10\,000\) alors que \(h(100) = \sqrt{100} = 10\)

\(f\) grandit beaucoup plus vite que \(h\) : plus \(x\) est grand, plus l'écart entre \(x^2\) et \(\sqrt{x}\) se creuse.

Exercice 4 / 6

Équations Inéquations
✓ Vu

Résoudre les équations et inéquations suivantes (chacune fait appel à une fonction de référence différente).

a)
\(x^2 = 16\)
b)
\(\dfrac{1}{x} = 4\)
c)
\(\sqrt{x} = 4\)
d)
\(x^2 > 9\)
e)
\(\dfrac{1}{x} < 2\)
f)
\(\sqrt{x} \geq 3\)

💡 Indices

Remarque que \(a\), \(c\), \(d\) et \(f\) utilisent tous le nombre \(16\), \(4\), \(9\) ou \(3\) mais donnent des solutions différentes selon la fonction : les méthodes ne sont pas interchangeables !
Ramène au même membre : \(\dfrac1x - 2 < 0 \iff \dfrac{1-2x}{x} < 0\), puis étudie le signe du quotient.
a) \(x^2 = 16\)
\(\mathcal{S} = \{-4\,;\,4\}\)
b) \(\dfrac1x = 4\)
4 ≠ 0\(x = \dfrac14\)
\(\mathcal{S} = \left\{\dfrac14\right\}\)
c) \(\sqrt{x} = 4\)
4 ≥ 0\(x = 4^2 = 16\)
\(\mathcal{S} = \{16\}\)
d) \(x^2 > 9\)
\(\mathcal{S} = \left]-\infty\,;\,-3\right[\,\cup\,\left]3\,;\,+\infty\right[\)
e) \(\dfrac1x < 2\)
Réécriture\(\dfrac1x - 2 < 0 \iff \dfrac{1-2x}{x} < 0\)
\(-\infty\)0\(\frac12\)\(+\infty\)
Signe de \(1-2x\)+−
Signe de \(x\)−+
Signe du quotient−‖+−
\(\mathcal{S} = \left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]\dfrac12\,;\,+\infty\right[\)
f) \(\sqrt{x} \geq 3\)
3 ≥ 0\(x \geq 3^2 = 9\)
\(\mathcal{S} = \left[9\,;\,+\infty\right[\)

Exercice 5 / 6

Vrai / Faux Bilan
✓ Vu

On considère les trois fonctions de référence \(f(x)=x^2\), \(g(x)=\dfrac{1}{x}\) et \(h(x)=\sqrt{x}\). Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ? Justifier chaque réponse.

a) Pour tout réel \(x\) non nul, \(x^2 \geq 0\), \(\dfrac1x \geq 0\) et \(\sqrt{x} \geq 0\).
b) Les fonctions \(f(x)=x^2\), \(g(x)=\dfrac1x\) et \(h(x)=\sqrt{x}\) sont toutes les trois définies en \(x=1\), et y prennent la même valeur.
c) La fonction inverse et la fonction racine carrée ont le même ensemble de définition.
d) Il existe un réel \(x\) pour lequel \(f(x)\), \(g(x)\) et \(h(x)\) sont toutes les trois strictement négatives.

💡 Indices

Le signe de \(\dfrac1x\) dépend du signe de \(x\) : teste avec un \(x\) négatif.
\(f(x)=x^2\) et \(h(x)=\sqrt{x}\) (quand elle est définie) ne sont-elles pas toujours positives ou nulles ?
a) Signes pour \(x\) non nul

❌ FAUX — contre-exemple : pour \(x=-2\), \(x^2=4\geq0\) ✓, mais \(\dfrac1x=-0{,}5 < 0\). Le signe de \(\dfrac1x\) dépend de celui de \(x\), il n'est pas toujours positif.

b) Valeur en \(x=1\)

✓ VRAI — \(f(1)=1^2=1\), \(g(1)=\dfrac11=1\) et \(h(1)=\sqrt{1}=1\) : les trois fonctions valent \(1\) en \(x=1\). C'est d'ailleurs le seul point (avec les valeurs négatives où certaines ne sont pas définies) où les trois courbes se croisent d'aussi près.

c) Ensembles de définition

❌ FAUX — \(D_g = \left]-\infty\,;\,0\right[\,\cup\,\left]0\,;\,+\infty\right[\) alors que \(D_h = \left[0\,;\,+\infty\right[\). Par exemple, \(g(-1)\) existe (\(=-1\)) mais \(h(-1)\) n'existe pas.

d) Les trois fonctions négatives en même temps

❌ FAUX — \(f(x)=x^2\) est toujours \(\geq 0\), et \(h(x)=\sqrt{x}\) (quand elle est définie) est toujours \(\geq 0\) également. Il est donc impossible que \(f(x)\) et \(h(x)\) soient toutes deux strictement négatives, quel que soit \(x\).

Exercice 6 / 6

Problème Les 3 fonctions réunies
✓ Vu

Un club de sport possède un terrain d'entraînement carré d'aire \(100\) m².

1) Quelle est la longueur \(c\) du côté du terrain ?
2) Le club envisage d'agrandir le terrain : son côté mesurera alors \(x\) mètres, avec \(x \geq 0\). Exprimer l'aire \(A(x)\) du nouveau terrain en fonction de \(x\).
3) Le club dispose d'un budget fixe de \(500\) € pour engazonner tout le terrain, quelle que soit sa taille. Exprimer le prix par m², noté \(p(x)\), en fonction de l'aire \(x\) (avec \(x>0\)).
4) Calculer \(p(125)\) et interpréter le résultat dans le contexte de l'énoncé.

💡 Indices

Repère, dans chaque question, quelle fonction de référence est en jeu : côté à partir de l'aire (racine carrée), aire à partir du côté (carré), prix unitaire à partir d'un budget fixe réparti sur l'aire (inverse).
1) Côté du terrain — fonction racine carrée
Calcul\(c = \sqrt{100} = 10\) m
Le côté du terrain mesure 10 m.
2) Aire du nouveau terrain — fonction carré
Aire\(A(x) = x^2\)
3) Prix par m² — fonction inverse
Partage\(p(x) = \dfrac{500}{x}\)
4) \(p(125)\) et interprétation
Calcul\(p(125) = \dfrac{500}{125} = 4\)
Si l'aire du terrain est de 125 m², il faudra dépenser 4 € par m² pour respecter le budget de 500 €.

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