2nde — Fonctions

Les Fonctions

I. Qu'est-ce qu'une fonction ?
📘 Définition

Une fonction est un procédé mathématique qui transforme chaque valeur de départ en une unique valeur d'arrivée, en effectuant des calculs.

On note \(f : x \mapsto f(x)\), ce qui se lit : « \(f\) associe à \(x\) la valeur \(f(x)\) ».

\(\text{valeur de départ} \;\; x \xrightarrow{\quad f \quad} f(x) \;\; \text{valeur d'arrivée}\)
⚙️ Analogie — La machine à calculer

Imagine une machine à laquelle tu donnes un nombre en entrée (valeur de départ), et qui te rend un nombre en sortie (valeur d'arrivée) après calcul. Une fonction, c'est exactement ça.

\(x\)
f
\(x \mapsto 2x + 1\)
\(f(x)\)
Départ Arrivée
📋 À retenir

La valeur de départ est toujours notée \(x\) — c'est celle qu'on choisit librement.
La valeur d'arrivée est \(f(x)\) — c'est le résultat que la fonction calcule.
Cette logique départ → arrivée se retrouve partout : dans les tableaux, les graphiques, et dans les notions d'image et d'antécédent.

II. Image d'un nombre par une fonction
📘 Définition

Par une fonction \(f\), lorsqu'au nombre de départ \(a\), on fait correspondre le nombre \(b\), on dit que \(b\) est l'image de \(a\) par la fonction \(f\).

\(f(a) = b \quad \Longleftrightarrow \quad b \text{ est l'image de } a \text{ par } f\)
🔑 Point clé — Image

« Image de \(a\) » signifie que \(a\) est la valeur de départ. On connaît \(a\) et on cherche le résultat \(f(a)\).

C'est un calcul direct : on remplace \(x\) par \(a\) dans l'expression de \(f\).

💡 Notation

Si \(f : 2 \mapsto 10\), cela se lit « \(f\) envoie \(2\) sur \(10\) ». Donc l'image de \(2\) par \(f\) est \(10\), ce qui s'écrit \(f(2) = 10\).

📋 Méthode — Calculer une image
  • 1On part de l'expression \(f(x) = \ldots\)
  • 2On remplace \(x\) par \(a\) dans cette expression
  • 3On calcule le résultat
✏️ Exemple
Soit la fonction \(f : x \mapsto 3x - 2\). Trouver l'image de \(5\) par \(f\).

On cherche l'image de \(5\) : c'est \(5\) qui est la valeur de départ. On calcule \(f(5)\).

Expression\(f(x) = 3x - 2\)
On substitue\(f(5) = 3 \times 5 - 2\)
On calcule\(f(5) = 15 - 2\)
Résultat\(f(5) = \mathbf{13}\)
L'image de \(5\) par \(f\) est \(\mathbf{13}\).
🧩 Exercice 1 — Calculs d'images

Soit \(h(x) = 4x + 1\). Calculer :

\(\mathbf{a.}\) l'image de \(2\)   \(\mathbf{b.}\) l'image de \(-3\)   \(\mathbf{c.}\) l'image de \(0\)

a. L'image de \(2\) : \(2\) est la valeur de départ, on calcule \(h(2)\).

On substitue\(h(2) = 4 \times 2 + 1\)
Résultat\(h(2) = 8 + 1 = \mathbf{9}\)

b. L'image de \(-3\) : \(-3\) est la valeur de départ, on calcule \(h(-3)\).

On substitue\(h(-3) = 4 \times (-3) + 1\)
Résultat\(h(-3) = -12 + 1 = \mathbf{-11}\)

c. L'image de \(0\) : \(0\) est la valeur de départ, on calcule \(h(0)\).

On substitue\(h(0) = 4 \times 0 + 1\)
Résultat\(h(0) = 0 + 1 = \mathbf{1}\)
🎯 Teste-toi — Calcule une image

Soit \(g(x) = 3x - 5\). Entre une valeur de départ et calcule son image.

III. Antécédent d'un nombre par une fonction
📘 Définition

Par une fonction \(f\), lorsqu'au nombre de départ \(a\), on fait correspondre le nombre \(b\), on dit que \(a\) est un antécédent de \(b\) par la fonction \(f\).

\(f(a) = b \quad \Longleftrightarrow \quad a \text{ est un antécédent de } b \text{ par } f\)
🔑 Point clé — Antécédent

« Antécédent de \(b\) » signifie que \(b\) est la valeur d'arrivée. On connaît le résultat et on cherche quelle valeur de départ a pu le produire.

Cela revient à résoudre une équation : on pose \(f(x) = b\) et on cherche \(x\).

💡 Notation

Si \(f : -5 \mapsto 0\), cela signifie que \(-5\) est un antécédent de \(0\) par \(f\), ce qui s'écrit \(f(-5) = 0\).

⚠️ Un nombre peut avoir plusieurs antécédents (par exemple, \(9\) a deux antécédents par \(f(x) = x^2\) : les nombres \(3\) et \(-3\)) — ou aucun.

🔵 Image de \(a\)

\(a\) est la valeur de départ.
On calcule \(f(a)\).
→ Calcul direct.

🟢 Antécédent de \(b\)

\(b\) est la valeur d'arrivée.
On résout \(f(x) = b\).
→ Résolution d'équation.

📋 Méthode — Trouver un antécédent
  • 1On écrit l'équation \(f(x) = b\) en remplaçant \(f(x)\) par son expression
  • 2On résout l'équation pour isoler \(x\)
  • 3On vérifie en recalculant \(f(\text{résultat})\)
✏️ Exemple
Soit la fonction \(f : x \mapsto 3x - 2\). Trouver l'antécédent de \(10\) par \(f\).

On cherche l'antécédent de \(10\) : \(10\) est la valeur d'arrivée. On résout l'équation \(f(x) = 10\), soit \(3x - 2 = 10\).

\(3x \;-\;\) \(2\) \(\;=\; 10\)
\(+2\)
\(+2\)
\(3\)\(x \;=\; 12\)
\(\div 3\)
\(\div 3\)
\(x \;=\; 4\)
L'antécédent de \(10\) par \(f\) est \(x = 4\)
✅ Vérification : \(f(4) = 3 \times 4 - 2 = 12 - 2 = 10\) ✓
🧩 Exercice 2 — Calculs d'antécédents

Soit \(h(x) = 4x + 1\). Trouver l'antécédent de :

\(\mathbf{a.}\) \(9\)   \(\mathbf{b.}\) \(-7\)   \(\mathbf{c.}\) \(1\)

Dans chaque cas, la valeur cherchée est une valeur d'arrivée. On pose \(h(x) = k\) et on résout.

a. \(9\) est la valeur d'arrivée. On résout \(h(x) = 9\), soit \(4x + 1 = 9\) :

\(4x + 1 = 9\)\(\implies 4x = 8 \implies x = 2\)
L'antécédent de \(9\) par \(h\) est \(\mathbf{2}\). ✅ Vérif : \(h(2) = 4 \times 2 + 1 = 9\)

b. \(-7\) est la valeur d'arrivée. On résout \(h(x) = -7\), soit \(4x + 1 = -7\) :

\(4x + 1 = -7\)\(\implies 4x = -8 \implies x = -2\)
L'antécédent de \(-7\) par \(h\) est \(\mathbf{-2}\). ✅ Vérif : \(h(-2) = 4 \times (-2) + 1 = -7\)

c. \(1\) est la valeur d'arrivée. On résout \(h(x) = 1\), soit \(4x + 1 = 1\) :

\(4x + 1 = 1\)\(\implies 4x = 0 \implies x = 0\)
L'antécédent de \(1\) par \(h\) est \(\mathbf{0}\). ✅ Vérif : \(h(0) = 4 \times 0 + 1 = 1\)
🧩 Exercice 3 — Images et antécédents mélangés

Soit \(p(x) = -2x + 6\).

\(\mathbf{a.}\) Calculer l'image de \(3\).

\(\mathbf{b.}\) Quel est l'antécédent de \(0\) ?

\(\mathbf{c.}\) Quel est l'antécédent de \(10\) ?

a. Image de \(3\) : \(3\) est la valeur de départ. On calcule \(p(3)\).

On substitue\(p(3) = -2 \times 3 + 6 = -6 + 6 = \mathbf{0}\)
L'image de \(3\) par \(p\) est \(\mathbf{0}\).

b. Antécédent de \(0\) : \(0\) est la valeur d'arrivée. On résout \(p(x) = 0\).

\(-2x + 6 = 0\)\(\implies -2x = -6 \implies x = 3\)
L'antécédent de \(0\) par \(p\) est \(\mathbf{3}\).

Remarque : on retrouve le résultat de a. — \(3\) est l'antécédent de \(0\) car \(p(3) = 0\).

c. Antécédent de \(10\) : \(10\) est la valeur d'arrivée. On résout \(p(x) = 10\).

\(-2x + 6 = 10\)\(\implies -2x = 4 \implies x = -2\)
L'antécédent de \(10\) par \(p\) est \(\mathbf{-2}\).
🎯 Teste-toi — Trouve un antécédent

Soit \(g(x) = 3x - 5\). Entre une valeur d'arrivée \(k\) et trouve son antécédent (en résolvant \(g(x) = k\)).

IV. Tableaux de valeurs
📋 Logique du tableau

La ligne du haut contient les valeurs de départ \(x\) — la ligne du bas contient les valeurs d'arrivée \(f(x)\) calculées. On retrouve la logique départ → arrivée.

ex
Tableau de valeurs de \(f(x) = x^2 - 1\)
Départ \(x\) \(-2\)\(-1\)\(0\) \(1\)\(2\)\(3\)
Arrivée \(f(x)\) \(3\)\(0\)\(-1\) \(0\)\(3\)\(8\)

Exemple de calcul : départ \(x = -2\) → \(f(-2) = (-2)^2 - 1 = 4 - 1 = 3\) → arrivée \(3\).

🧩 Exercice

Soit \(g(x) = 3x - 2\). Complète ce tableau :

Départ \(x\) \(-1\)\(0\)\(1\) \(2\)\(4\)
Arrivée \(g(x)\) ??? ??
\(g(-1) = 3 \times (-1) - 2 = -3 - 2 = -5\)
\(g(0) = 3 \times 0 - 2 = -2\)
\(g(1) = 3 \times 1 - 2 = 1\)
\(g(2) = 3 \times 2 - 2 = 4\)
\(g(4) = 3 \times 4 - 2 = 10\)
V. Courbe représentative et lecture graphique
📐 Rappel — Le repère

Dans un repère, chaque point est repéré par deux coordonnées :

  • Son abscisse (coordonnée horizontale, axe des \(x\))
  • Son ordonnée (coordonnée verticale, axe des \(y\))

Un point noté \(A(3\,;\,5)\) a pour abscisse \(3\) et pour ordonnée \(5\).

📘 Définition

La courbe représentative de \(f\) est l'ensemble de tous les points de coordonnées \(\bigl(x\,;\,f(x)\bigr)\) du plan. Chaque point de la courbe porte la logique départ/arrivée :

  • L'abscisse = valeur de départ \(x\)
  • L'ordonnée = valeur d'arrivée \(f(x)\)
A. Lire une image sur un graphique
📋 Méthode — Lire l'image de \(a\)
  • 1Repérer \(a\) sur l'axe des abscisses (horizontal)
  • 2Monter verticalement jusqu'à la courbe
  • 3Aller horizontalement jusqu'à l'axe des ordonnées
  • 4Lire la valeur : c'est \(f(a)\)
✏️ Exemple — Lire l'image de \(2\) sur la courbe de \(f(x)=x^2-1\)
x y -2 -1 1 2 3 4 -1 1 2 3 4 2 3 A(2 ; 3) ① départ x=2 ② arrivée montée verticale (départ) lecture horizontale (arrivée)
① DépartOn repère \(x = 2\) sur l'axe horizontal
② VerticalOn monte jusqu'à la courbe : on atteint le point \(A\)
③ HorizontalOn va vers l'axe des ordonnées
④ LectureOn lit \(y = 3\) sur l'axe vertical
L'image de \(2\) par \(f\) est \(\mathbf{3}\), soit \(f(2) = 3\).
B. Lire un antécédent sur un graphique
📋 Méthode — Lire les antécédents de \(k\)
  • 1Repérer \(k\) sur l'axe des ordonnées (vertical)
  • 2Tracer la droite horizontale \(y = k\)
  • 3Repérer les points d'intersection avec la courbe
  • 4Lire leurs abscisses : ce sont les antécédents de \(k\)

Si la droite \(y = k\) ne coupe pas la courbe, alors \(k\) n'a aucun antécédent.

✏️ Exemple — Lire les antécédents de \(3\) sur la courbe de \(f(x)=x^2-1\)
x y -2 -1 1 2 3 4 -1 1 2 3 4 y=3 (-2 ; 3) (2 ; 3) -2 2 Droite y = 3 (valeur d'arrivée cherchée) Lecture des antécédents (abscisses)
① ArrivéeOn repère \(y = 3\) sur l'axe vertical
② HorizontaleOn trace la droite \(y = 3\) en pointillés violets
③ IntersectionsLa droite coupe la courbe en deux points : \((-2\,;\,3)\) et \((2\,;\,3)\)
④ AbscissesOn lit \(x = -2\) et \(x = 2\) sur l'axe horizontal
\(3\) a deux antécédents par \(f\) : \(\mathbf{-2}\) et \(\mathbf{2}\). On vérifie : \(f(-2)=(-2)^2-1=3\) ✓ et \(f(2)=2^2-1=3\) ✓
C. Un point appartient-il à la courbe ?
📘 Propriété

Un point \(A(a\,;\,b)\) appartient à la courbe de \(f\) si et seulement si \(f(a) = b\).

\(A(a\,;\,b) \in \mathcal{C}_f \quad \Longleftrightarrow \quad f(a) = b\)

Autrement dit : l'abscisse est la valeur de départ, l'ordonnée est la valeur d'arrivée attendue. Si l'image calculée est égale à l'ordonnée, le point est sur la courbe.

💡 Comment procéder

On ne regarde pas le graphique — on calcule :

  • 1Prendre l'abscisse du point comme valeur de départ et calculer son image par \(f\)
  • 2Comparer le résultat à l'ordonnée du point
  • 3Égalité → le point appartient. Différence → il n'appartient pas.
✏️ Exemple 1 — Point qui appartient
Soit \(f(x) = x^2 - 1\). Le point \(A(2\,;\,3)\) appartient-il à la courbe ?
AbscisseValeur de départ : \(x = 2\)
On calcule\(f(2) = 2^2 - 1 = 4 - 1 = 3\)
On compareImage obtenue : \(3\)  =  ordonnée de \(A\) : \(3\) ✓
Conclusion : \(f(2) = 3\) égale bien l'ordonnée de \(A\). Donc \(A(2\,;\,3)\) appartient à la courbe.
✏️ Exemple 2 — Point qui n'appartient pas
Soit \(f(x) = x^2 - 1\). Le point \(B(3\,;\,7)\) appartient-il à la courbe ?
AbscisseValeur de départ : \(x = 3\)
On calcule\(f(3) = 3^2 - 1 = 9 - 1 = 8\)
On compareImage obtenue : \(8\)  ≠  ordonnée de \(B\) : \(7\) ✗
Conclusion : \(f(3) = 8 \neq 7\). Donc \(B(3\,;\,7)\) n'appartient pas à la courbe.
🧩 Exercice — Appartenance à la courbe

Soit \(g(x) = 2x - 3\). Parmi les points suivants, lesquels appartiennent à la courbe de \(g\) ?

\(P(1\,;\,-1)\)   \(Q(4\,;\,5)\)   \(R(0\,;\,3)\)   \(S(-1\,;\,-5)\)

Pour chaque point : on calcule \(g(\text{abscisse})\) et on compare à l'ordonnée.

\(P(1\,;\,-1)\) :

On calcule\(g(1) = 2 \times 1 - 3 = -1\)
On compare\(-1 = -1\) ✓ → \(P\) appartient.

\(Q(4\,;\,5)\) :

On calcule\(g(4) = 2 \times 4 - 3 = 5\)
On compare\(5 = 5\) ✓ → \(Q\) appartient.

\(R(0\,;\,3)\) :

On calcule\(g(0) = 2 \times 0 - 3 = -3\)
On compare\(-3 \neq 3\) ✗ → \(R\) n'appartient pas.

\(S(-1\,;\,-5)\) :

On calcule\(g(-1) = 2 \times (-1) - 3 = -5\)
On compare\(-5 = -5\) ✓ → \(S\) appartient.
D. Résoudre graphiquement une inéquation \(f(x) < k\)
📘 Idée clé

Résoudre \(f(x) < k\) graphiquement, c'est trouver toutes les valeurs de départ \(x\) dont l'image est strictement inférieure à \(k\).

Sur le graphique, on compare la courbe de \(f\) avec la fonction constante \(y = k\). Cette fonction constante est représentée par une droite horizontale : pour toutes les valeurs de départ, elle donne toujours la même valeur d'arrivée \(k\). Les solutions de \(f(x) < k\) sont les abscisses des points de la courbe de \(f\) qui sont situés sous cette droite.

💡 Qu'est-ce que la droite \(y = k\) ?

Quand on trace la droite \(y = 3\) sur un graphique, on trace en réalité la fonction constante définie par \(h(x) = 3\) pour tout \(x\). Quelle que soit la valeur de départ, la valeur d'arrivée est toujours \(3\). Sa courbe représentative est une droite horizontale à hauteur \(3\) sur l'axe des ordonnées.

📋 Méthode
  • 1Tracer la droite de la fonction constante \(y = k\) (droite horizontale)
  • 2Trouver le(s) point(s) d'intersection entre la courbe de \(f\) et cette droite → noter leurs abscisses
  • 3Repérer la portion de courbe de \(f\) qui est en dessous de \(y = k\) (zone hachurée)
  • 4Lire les abscisses correspondantes et écrire l'intervalle solution

Pour \(f(x) > k\) : on prend la portion de courbe au-dessus de la droite.

✏️ Exemple — Résoudre \(g(x) < 3\) avec \(g(x) = x + 1\)
① IntersectionCherchons le point d'intersection entre la fonction constante \(y = 3\) et notre fonction \(g(x) = x + 1\).
On résout\(g(x) = 3 \;\Rightarrow\; x + 1 = 3 \;\Rightarrow\; x = 2\)
→ RésultatLes deux droites se coupent au point \((2\,;\,3)\).
② ZoneLa courbe de \(g\) est sous la droite \(y=3\) quand \(x < 2\) (zone hachurée verte).
③ LectureLes solutions sont toutes les valeurs de départ \(x\) strictement inférieures à \(2\).
x y -2 -1 1 2 3 4 -1 1 2 3 4 g(x) = x+1 y=3 (2 ; 3) 2 g(x) < 3 (zone solution) solutions : x < 2 Fonction constante y = 3 Abscisse de l'intersection
✅ Ensemble des solutions

Les solutions de \(g(x) < 3\) sont les réels \(x\) vérifiant \(x < 2\).

En notation d'intervalle : \(\quad x \in \mathopen]-\infty\,;\,2\mathclose[\)

Le crochet \(]\) indique que \(2\) est exclu (inégalité stricte \(<\)). Si l'inégalité était \(\leq\), on aurait \(x \in \mathopen]-\infty\,;\,2\mathclose]\).

🧩 Exercice — Résoudre une inéquation graphiquement

En utilisant la courbe représentative de \(f(x) = x^2 - 1\) ci-dessous, résoudre graphiquement \(f(x) \leq 3\).

x y -2 -1 1 2 3 4 -1 1 2 3 4 f(x)=x²-1
① IntersectionOn cherche l'intersection entre la fonction constante \(y = 3\) et \(f(x) = x^2 - 1\). On résout \(f(x) = 3\) : \(x^2-1=3 \Rightarrow x^2=4 \Rightarrow x=-2\) ou \(x=2\).
② ZoneLa courbe est sous ou sur la droite \(y=3\) pour \(-2 \leq x \leq 2\) (zone verte hachurée ci-dessous).
③ LectureLes solutions sont toutes les valeurs de départ dans cet intervalle.
x y -2 -1 1 2 3 4 -1 1 2 3 4 f(x)=x²-1 y=3 (-2 ; 3) (2 ; 3) -2 2 f(x) ≤ 3 (zone solution) Fonction constante y = 3 Abscisses des intersections

Les solutions de \(f(x) \leq 3\) sont : \(x \in \mathopen[-2\,;\,2\mathclose]\)

Les crochets \([\;]\) indiquent que \(-2\) et \(2\) sont inclus (inégalité large \(\leq\)).

═══════════════════════════════════════════════════ VI. ERREURS CLASSIQUES ══════════════════════════════════════════════════════ -->
VI. Erreurs classiques à éviter
❌ Confusion fréquente

« \(b\) est l'antécédent de \(a\) » quand \(f(a) = b\).

✅ Ce qu'il faut retenir

\(f(a) = b\) → \(b\) est l'image de \(a\), et \(a\) est l'antécédent de \(b\).

❌ Confusion fréquente

On calcule une image pour trouver un antécédent au lieu de résoudre une équation.

✅ Ce qu'il faut retenir

Antécédent = chercher la valeur de départ → on pose et résout toujours une équation.

❌ Confusion fréquente

« Tout nombre a forcément un antécédent. »

✅ Ce qu'il faut retenir

Si l'équation \(f(x) = k\) n'a pas de solution, \(k\) n'a aucun antécédent par \(f\).

❌ Confusion fréquente

Lire l'ordonnée comme valeur de départ sur un graphique.

✅ Ce qu'il faut retenir

Abscisse = départ \(x\)  /  Ordonnée = arrivée \(f(x)\).

VII. Bilan — La logique départ / arrivée partout
🔑 Synthèse
Outil Valeur de départ Valeur d'arrivée
Notation algébrique\(x\)\(f(x)\)
Image / antécédentantécédent (trouvé par équation)image
Tableau de valeursligne du hautligne du bas
Graphiqueabscisseordonnée
Domaine de définitiontoutes les valeurs autorisées—
💡 Astuce finale : Image → tu connais la valeur de départ \(x\), tu calcules \(f(x)\). Antécédent → tu connais la valeur d'arrivée \(k\), tu résous l'équation \(f(x) = k\) pour trouver la valeur de départ.
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