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Chapitre 2 – Fonctions du second degré

Chapitre 2 | Première technologique (enseignement commun) | Mathématiques

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 09:39

Objectifs du chapitre

Limite du programme — importante

Le calcul des racines à l'aide du discriminant \(\Delta\) ne figure pas au programme. La recherche systématique des racines n'est pas exigée : on privilégie les cas où les racines sont évidentes, la forme factorisée et les interprétations graphiques.

I. La fonction \(x\mapsto ax^2\) et les translations

1. Taux de variation et pente d'une sécante

Situation — un ballon lancé

On étudie la hauteur \(y\) (en m) d'un ballon lancé, en fonction du temps \(x\) (en s). Entre deux instants, on veut connaître la « vitesse moyenne » : c'est le rôle du taux de variation.

Définition — Taux de variation

Soit une fonction \(f\) et deux valeurs distinctes \(x_A\) et \(x_B\). Le taux de variation de \(f\) entre \(x_A\) et \(x_B\) est :

\[\tau = \frac{f(x_B) - f(x_A)}{x_B - x_A}.\]
Propriété — Interprétation graphique

Le taux de variation est le coefficient directeur (pente) de la sécante à la courbe passant par les points \(A\big(x_A\,;f(x_A)\big)\) et \(B\big(x_B\,;f(x_B)\big)\).

Sur un intervalle : si tous les taux de variation sont positifs, \(f\) est croissante ; s'ils sont négatifs, \(f\) est décroissante.

Exemple

Pour \(f(x)=x^2\) entre \(x_A=1\) et \(x_B=3\) : \(\tau=\dfrac{9-1}{3-1}=\dfrac{8}{2}=4\).

2. La fonction \(x\mapsto ax^2\)

Définition — Parabole

La courbe représentative d'une fonction \(x \mapsto a x^2\) (avec \(a\neq 0\)) est une parabole de sommet l'origine \(O\), d'axe de symétrie l'axe des ordonnées.

Propriété — Allure selon \(a\)

3. La fonction \(x\mapsto ax^2+c\)

Propriété — Translation verticale

La courbe de \(x\mapsto ax^2+c\) se déduit de celle de \(x\mapsto ax^2\) par une translation verticale de \(c\) : le sommet est le point \((0\,;c)\), l'axe de symétrie reste l'axe des ordonnées.

Exemple

\(x\mapsto x^2 - 4\) : parabole tournée vers le haut, sommet \((0\,;-4)\).

Exercice d'application 1. Pour chacune des fonctions, préciser l'ouverture (haut/bas) et le sommet, sans calcul : a) \(x\mapsto 3x^2\) ; b) \(x\mapsto -x^2+2\) ; c) \(x\mapsto 0{,}5x^2-3\).

a) Haut (car \(a=3\gt 0\)), sommet \((0\,;0)\), parabole resserrée. b) Bas (car \(a=-1\lt 0\)), sommet \((0\,;2)\). c) Haut, sommet \((0\,;-3)\), parabole évasée (\(|a|=0{,}5\) petit).

II. Forme développée : allure, axe et sommet

Propriété — Allure générale

La courbe de toute fonction \(x\mapsto ax^2+bx+c\) (avec \(a\neq0\)) est une parabole :

Méthode — Trouver l'axe de symétrie et le sommet (sans formule)

Le terme constant \(c\) correspond à l'image \(f(0)=c\). Par symétrie de la parabole, il existe une autre valeur de \(x\) qui a la même image \(c\). On la trouve en résolvant \(f(x)=c\) :

\[ax^2+bx+c = c \iff ax^2+bx = 0 \iff x(ax+b)=0 \iff x=0 \ \text{ ou } \ x = -\frac{b}{a}.\]

L'axe de symétrie passe au milieu de ces deux valeurs. On obtient ainsi l'abscisse du sommet ; on calcule son ordonnée en remplaçant.

Exemple résolu — \(f(x)=x^2-6x+5\)

On résout \(f(x)=5\) : \(x^2-6x=0\), soit \(x=0\) ou \(x=6\). L'axe de symétrie est \(x=\dfrac{0+6}{2}=3\). Sommet : \(f(3)=9-18+5=-4\), donc \(S(3\,;-4)\). Comme \(a=1\gt 0\), \(S\) est un minimum.

Tableau de variation (cas \(a\gt 0\), sommet d'abscisse \(\alpha\))
\(x\)\(-\infty\)\(\alpha\)\(+\infty\)
\(f\)\(\searrow\)\(f(\alpha)\)\(\nearrow\)
Exercice d'application 2. Soit \(f(x)=x^2-4x+3\). a) Déterminer l'axe de symétrie (résoudre \(f(x)=3\)). b) Donner le sommet et préciser min ou max.

a) \(f(x)=3 \iff x^2-4x=0 \iff x=0\) ou \(x=4\) ; axe \(x=\dfrac{0+4}{2}=2\). b) \(f(2)=4-8+3=-1\), \(S(2\,;-1)\) ; comme \(a=1\gt 0\), c'est un minimum.

III. Forme factorisée, racines et signe

Définition — Racine

Une racine d'un polynôme \(f\) est une valeur \(x_0\) telle que \(f(x_0)=0\). Graphiquement, ce sont les abscisses des points d'intersection de la parabole avec l'axe des abscisses.

Propriété — Forme factorisée

Si un polynôme de degré 2 s'écrit sous forme factorisée

\[f(x) = a(x - x_1)(x - x_2),\]

alors ses racines sont \(x_1\) et \(x_2\) (car un produit est nul si et seulement si l'un des facteurs est nul).

Méthode — Étudier le signe à partir de la forme factorisée

On dresse un tableau de signes en étudiant chaque facteur du premier degré, puis on applique la règle des signes du produit.

Exemple — \(f(x)=2(x-1)(x-4)\), avec \(a=2\gt 0\)
\(x\)\(-\infty\)\(1\)\(4\)\(+\infty\)
\(x-1\)\(-\)\(0\)\(+\)\(+\)
\(x-4\)\(-\)\(-\)\(0\)\(+\)
\(f(x)\)\(+\)\(0\)\(-\)\(0\)\(+\)

Ainsi \(f(x)\gt 0\) sur \(]-\infty\,;1[\cup]4\,;+\infty[\) et \(f(x)\lt 0\) sur \(]1\,;4[\).

À retenir — signe d'un trinôme :

Un polynôme de degré 2 est du signe de \(a\) à l'extérieur de ses racines, et du signe opposé entre les racines (« signe de \(a\) sauf entre les racines »).

Exercice d'application 3. Soit \(f(x)=(x-1)(x-5)\). a) Donner les racines. b) Résoudre \(f(x)\lt 0\).

a) Racines \(1\) et \(5\). b) \(a=1\gt 0\) : \(f\) est négative entre les racines, donc \(f(x)\lt 0\) sur \(]1\,;5[\).

Exercice d'application 4. Résoudre \(-(x+2)(x-3) \geqslant 0\).

Ici \(a=-1\lt 0\), racines \(-2\) et \(3\). Le trinôme est du signe de \(a\) (négatif) à l'extérieur, positif entre les racines. Solution : \([-2\,;3]\).

IV. Vérifier et exploiter une racine évidente

Propriété — Vérifier une racine

Pour vérifier qu'une valeur \(x_0\) est racine de \(f\), il suffit de calculer \(f(x_0)\) et de vérifier que le résultat est \(0\).

Méthode — Factoriser connaissant une racine (cas simples)

Si \(x_1\) est une racine « évidente » (souvent \(0\), \(1\), \(-1\), \(2\)…), on factorise par mise en évidence, par identité remarquable, ou par identification.

Trois exemples de factorisation
Exercice d'application 5. Soit \(f(x)=x^2-8x+12\). a) Vérifier que \(2\) est racine. b) En déduire la factorisation et l'autre racine.

a) \(f(2)=4-16+12=0\) ✓. b) \(f(x)=(x-2)(x-x_2)\) ; par identification \(2x_2=12\) donc \(x_2=6\) : \(f(x)=(x-2)(x-6)\). Les racines sont \(2\) et \(6\).

V. Résolution graphique et optimisation

Méthode — Résolution graphique

Pour résoudre \(f(x)=k\) graphiquement, on trace la droite horizontale \(y=k\) et on lit les abscisses des points d'intersection avec la parabole. Pour \(f(x)\lt k\), on repère les \(x\) pour lesquels la courbe est en dessous de cette droite (au-dessus pour \(f(x)\gt k\)).

En cas de besoin, la résolution d'une équation du second degré peut se faire à l'aide d'un solveur (calculatrice, logiciel). On peut aussi obtenir une valeur approchée d'une solution par balayage en Python : on avance pas à pas jusqu'à traverser la valeur cherchée — voir la méthode 3 « Valeur approchée par balayage » du chapitre 7.

Application — optimisation d'un enclos

Un enclos rectangulaire de périmètre \(40\) m : quelles dimensions donnent l'aire maximale ?

Exercice d'application 6. Un objet est lancé ; sa hauteur (m) est \(h(t)=-5t^2+20t\) (\(t\) en s). a) À quels instants est-il au sol ? b) Quelle est la hauteur maximale et à quel instant ?

a) \(-5t^2+20t=0 \iff -5t(t-4)=0 \iff t=0\) ou \(t=4\) s. b) Axe de symétrie \(t=\dfrac{0+4}{2}=2\) s ; \(h(2)=-20+40=20\) m. Hauteur max \(20\) m atteinte à \(t=2\) s.

Erreurs fréquentes / points de vigilance

Les pièges du chapitre

❌ Vouloir utiliser le discriminant \(\Delta\).

✅ Hors programme : on travaille avec la forme factorisée et les racines évidentes.

❌ Oublier le signe de \(a\) pour l'ouverture et la nature du sommet.

✅ \(a\gt 0\) ⇒ vers le haut, sommet minimum ; \(a\lt 0\) ⇒ vers le bas, sommet maximum.

❌ Confondre racines et sommet.

✅ Les racines sont sur l'axe des abscisses ; le sommet est sur l'axe de symétrie.

❌ Erreur de signe dans \(a(x-x_1)(x-x_2)\).

✅ \((x-3)\) a pour racine \(+3\), pas \(-3\).

❌ Croire qu'un trinôme a toujours deux racines.

✅ Certains n'en ont pas (parabole ne coupant pas l'axe des \(x\)) : on le voit graphiquement.

L'essentiel à retenir

À retenir :

Simulation interactive