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synt_001.tex

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\exo {\' Etude de fonction, résolution graphique d'équation}
 
La fonction $f$ est définie sur $\rset $ par $f (x) = x^2 -2x -3$. On
appelle $\cal P$ la courbe qui représente $f$ dans un repère
orthonormal d'origine $O$ (unité graphique~: 1~cm ou 1~grand carreau).
 
\itemnum Vérifier que~: \quad $f (x) = (x - 1)^2 - 4$.
 
\itemnum Démontrer que la fonction $f$ est croissante sur $[1; +\infty
[$.
 
\item {} On admet que $f$ est décroissante sur $]-\infty ; 1]$ (ne pas
le démontrer).
 
\itemnum \' Etablir le tableau de variations de $f$.
 
\itemnum Calculer les coordonnées des points d'intersection de $\cal
P$ avec les axes de coordonnées.
 
\itemitemalphnum Compléter le tableau de valeurs suivant~:
 
$$\vcenter {\offinterlineskip 
   \def \cc#1{%
      \hbox to 12mm {\hfill #1\hfill }}
\halign {
   % preamble
      #\tv && \cc {$#$}& #\tv
   \cr
   \noalign {\hrule }
      & x&& -2&& -1&& 0&& 0, 5&& 1&& 1, 5&& 2&& 3&& 4& 
   \cr
   \noalign {\hrule }
      & f (x)&& && && && && && && && && & 
   \cr
   \noalign {\hrule }
}}
$$
 
\itemitemalph Tracer la courbe $\cal P$.
 
\itemnum Résoudre graphiquement l'inéquation ~: \quad $f (x) > -3$.
 
\itemnum Résoudre par le calcul l'inéquation~: \quad $f (x) \geq 0$.
 
\itemitemalphnum Résoudre par le calcul l'inéquation~: \quad $f (x) =
-2x - 2$.
 
\itemitemalph Comment résoudre graphiquement cette dernière équation~?
 
 
 
\finexo
 
\corrige
 
\itemnum Il est clair que l'on a \dresultat {f (x) = (x-1)^2 -4}
puisque $(x-1)^2 = x^2 - 2x +1$.
 
\itemnum Soit $a$ et $b$ deux nombres réels vérifiant $1 \leq a \leq
b$. Il nous faut montrer que $f (a) \leq f (b)$. Or
$$\eqalign {
   1\leq a\leq b
      \quad &\Longrightarrow \quad
   0\leq a-1\leq b-1
\cr
      &\Longrightarrow \quad
   0\leq (a-1)^2\leq (b-1)^2
\cr
      &\Longrightarrow \quad
   -4\leq (a-1)^2 -4\leq (b-1)^2 -4
      \quad \Longrightarrow \quad
   -4\leq f (a)\leq f (b)
\cr
}$$
Ce qui prouve que \tresultat {$f$ est croissante sur $[1; +\infty [$}.
\itemnum D'où le tableau de variation de $f$~:
$$\dresultat {
\vcenter {\offinterlineskip \eightpoint \rm 
   \def \cc#1{ \hfil #1 \hfil }
   \halign {
   % preamble
      \cc {$#$}& #\tv && \cc {$#$}
   \cr
      x&& -\infty && 1&& +\infty
   \cr
   \noalign {\hrule }
      \buucenter {$f (x)$}&& &
      \brightddownarrow & \down {$-3$}& 
      \brightuuparrow & \buup {\phantom {1}}
   \cr
}}
}$$
 
\itemnum Chercher l'intersection de $\cal P$ avec l'axe $Oy$ revient à
   résoudre le système
$$
   \cases {
      x = 0
   \cr
      y = f (x)
   \cr }
      \quad \Longrightarrow \quad
   \cases {
      x = 0
   \cr
      y = f (0) = -3
   \cr }
      \quad
  \tresultat {d'où l'unique point d'intersection~: $(0; -3)$.}
$$
 
\item {} De la même façon, chercher l'intersection de $\cal P$ avec
      l'axe $Ox$ revient à résoudre le système
$$
   \cases {
      y = 0
   \cr
      y = f (x)
   \cr }
      \quad \Longrightarrow \quad
   \cases {
      y = 0
   \cr
      0 = (x-1)^2 - 4
   \cr }
      \quad \Longrightarrow \quad
   \cases {
      y = 0
   \cr
      0 = (x-3) (x+1)
   \cr }
      \quad \Longrightarrow \quad
   \cases {
      y = 0
   \cr
      x=3& ou $x=-1$
   \cr }
$$
d'où les \tresultat {deux points d'intersection~: $(3; 0)$ et $(-1; 0)$}.
 
\itemnum
$$\vcenter {\offinterlineskip 
   \def \cc#1{%
      \hbox to 14mm {\hfill #1\hfill }}
\halign {
   % preamble
      #\tv && \cc {$#$}& #\tv
   \cr
   \noalign {\hrule }
      & x&& -2&& -1&& 0&& 0, 5&& 1&& 1, 5&& 2&& 3&& 4& 
   \cr
   \noalign {\hrule }
      & f (x)&& 5&& 0&& -3&& -3, 75&& -4&& -3, 75&& -3&& 0&& 5& 
   \cr
   \noalign {\hrule }
}}
$$
%
\def \epspath {%
   $HOME/tex_doc/lycee/database/2nd/analyse/fonctions/}
$$
   \superboxepsillustrate {synt_001.ps}
$$
 
\itemnum Graphiquement, les solutions de l'inéquation $f (x)> -3$ sont
\tresultat {tous les nombres de $]-\infty ;0[\, \cup \,
]2;+\infty [$}.
 
\itemnum Il vient
$$
   f (x) \geq 0
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (x-1)^2 - 4 \geq 0
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (x-1)^2 - 2^2 \geq 0
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (x-3) (x+1) \geq 0
$$
Le tableau de signes s'impose, et il vient
$$\vcenter {\offinterlineskip
   \eightpoint \rm
   \halign {
   % preamble
      #& \cc {$#$}& \tv #& $#$&
         \cc {$#$} & \cc {$#$} & \cc {$#$} & \cc {$#$} & \cc {$#$} 
      & $#$
   \cr
      & x && -\infty && -1 && 3 &&+\infty
   \cr
   \noalign {\hrule height 1pt}
      & x-3 &&& - & \tv & - & 0 & +
   \cr
   \noalign {\hrule }
      & x+1 &&& - & 0 & + & \tv & + 
   \cr
   \noalign {\hrule height 1pt}
      & \rm produit &&& + & 0 & - & 0 & +
   \cr
}}$$
d'où l'ensemble des solutions~: \dresultat {S = \, ]-\infty ; -1]\cup [3; +\infty [}
 
\itemnum Il vient
$$
   f (x) = -2x -2
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   x^2 - 2x - 3 = -2x - 2
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   x^2 - 1 = 0
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (x - 1) (x+1) = 0
$$
D'où les deux solutions~: \tresultat {$x=1$ et $x= -1$}.
 
\item {} Graphiquement, résoudre cette équation revient à rechercher
$$
   \tresultat {les abscisses des points d'intersection de la courbe $\cal
   P$ avec la droite d'équation $y = -2x-2$}.
$$
\fincorrige