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Chapitre 8 – Fonctions : généralités

Chapitre 8 | Seconde générale et technologique | Mathématiques

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 09:30

Objectifs du chapitre

I. Notion de fonction

1. Définition

Définition — Fonction

Soit \(D\) une partie de \(\mathbb{R}\). Définir une fonction \(f\) sur \(D\), c'est associer à tout nombre réel \(x\) de \(D\) un seul nombre réel, noté \(f(x)\).

On note souvent \(f : \; x \longmapsto f(x)\), pour \(x \in D\). Le symbole \(\longmapsto\) se lit « a pour image ».

Attention — Image et antécédent

Une image est unique : chaque \(x\) a exactement une image \(f(x)\). En revanche, un même nombre \(y\) peut avoir zéro, un ou plusieurs antécédents.

Ne pas confondre \(f\) (la fonction, le procédé) et \(f(x)\) (l'image de \(x\), c'est-à-dire un nombre).

Exemple — Discret et continu

Le programme distingue deux cadres :

La variable temporelle est traditionnellement notée \(t\).

Exemple — Périmètre d'un carré

Le périmètre d'un carré de côté \(c \gt 0\) est \(P(c) = 4c\). C'est une fonction de la variable \(c\), définie pour \(c \in \left]0\,;\,+\infty\right[\).

Exercice d'application 1. Soit \(f\) définie par \(f(x) = 2x^2 - 3\). Calculer l'image de \(-2\), puis déterminer les antécédents de \(5\).

Image de \(-2\) : \(f(-2) = 2\times 4 - 3 = 5\).

Antécédents de \(5\) : \(2x^2 - 3 = 5 \iff 2x^2 = 8 \iff x^2 = 4\), donc \(x = 2\) ou \(x = -2\). Le nombre \(5\) a deux antécédents.

II. Ensemble de définition

Définition — Ensemble de définition

L'ensemble de définition de \(f\) est l'ensemble de tous les réels \(x\) pour lesquels le calcul de \(f(x)\) est possible.

Pour une fonction donnée par une formule, on cherche les valeurs de \(x\) qui rendent le calcul impossible et on les exclut. Deux obstacles courants au lycée :

Propriété — Les deux obstacles
  1. Dénominateur : on ne peut pas diviser par \(0\). Un quotient \(\dfrac{A(x)}{B(x)}\) n'est défini que si \(B(x) \neq 0\).
  2. Racine carrée : \(\sqrt{A(x)}\) n'existe (dans \(\mathbb{R}\)) que si \(A(x) \geq 0\).
Exemples
Remarque

L'énoncé peut aussi imposer un domaine d'étude plus restreint que le domaine « naturel », par exemple un intervalle de temps \([0\,;\,24]\) pour une journée.

Exercice d'application 2. Déterminer l'ensemble de définition de \(f(x) = \dfrac{\sqrt{x-1}}{x-4}\).

Racine : \(x - 1 \geq 0 \iff x \geq 1\). Dénominateur : \(x - 4 \neq 0 \iff x \neq 4\).

On combine : \(x \geq 1\) et \(x \neq 4\), donc \(D_f = \left[1\,;\,4\right[ \cup \left]4\,;\,+\infty\right[\).

III. Courbe représentative et lecture graphique

1. Équation \(y = f(x)\)

Définition — Courbe représentative

Le plan est muni d'un repère. La courbe représentative de \(f\), notée \(\mathcal{C}_f\), est l'ensemble des points \(M(x\,;\,y)\) dont les coordonnées vérifient

\[y = f(x) \quad \text{avec } x \in D_f.\]

On dit que \(\mathcal{C}_f\) a pour équation \(y = f(x)\). Autrement dit : un point \(M(x\,;\,y)\) appartient à \(\mathcal{C}_f\) si et seulement si \(y = f(x)\).

Pour tracer \(\mathcal{C}_f\), on place plusieurs points \(\big(x\,;\,f(x)\big)\) puis on relie par une courbe continue (pour un phénomène continu). L'axe horizontal porte la variable \(x\) (abscisses), l'axe vertical porte les valeurs \(y = f(x)\) (ordonnées). Chaque verticale (droite « \(x = a\) ») coupe la courbe en au plus un point : c'est la traduction graphique de l'unicité de l'image.

2. Lire une image, lire des antécédents

Propriété — Lecture graphique

Sur la courbe \(\mathcal{C}_f\) d'équation \(y = f(x)\) :

Exemple — Appartenance d'un point

Soit \(f(x) = x^2 - 1\). Le point \(A(3\,;\,8)\) appartient-il à \(\mathcal{C}_f\) ?

On calcule \(f(3) = 3^2 - 1 = 8\). Comme \(8 = 8\), on a \(y_A = f(x_A)\) : oui, \(A \in \mathcal{C}_f\).

Le point \(B(2\,;\,5)\) ? \(f(2) = 4 - 1 = 3 \neq 5\) : non, \(B \notin \mathcal{C}_f\).

Méthode — Tester l'appartenance d'un point à une courbe
  1. Repérer les coordonnées \((x_A\,;\,y_A)\) du point.
  2. Calculer \(f(x_A)\).
  3. Comparer à \(y_A\) : si \(f(x_A) = y_A\), le point est sur la courbe ; sinon il n'y est pas.

Exemple résolu. \(f(x) = \dfrac{1}{x}\), point \(A\left(4\,;\,\tfrac{1}{4}\right)\). On a \(f(4) = \tfrac{1}{4} = y_A\) : donc \(A \in \mathcal{C}_f\).

Exercice d'application 3. Soit \(f(x) = 2x^2 - x\). Les points \(A(2\,;\,6)\) et \(C(0\,;\,1)\) sont-ils sur \(\mathcal{C}_f\) ?

\(f(2) = 8 - 2 = 6\) : \(A \in \mathcal{C}_f\). \(f(0) = 0 \neq 1\) : \(C \notin \mathcal{C}_f\).

IV. Les fonctions de référence

Ces trois fonctions sont introduites ici par leur définition et leur courbe. Leurs variations détaillées seront étudiées au chapitre suivant.

1. Fonction valeur absolue

Définition — Valeur absolue

La valeur absolue d'un réel \(x\), notée \(|x|\), est la distance de \(x\) à \(0\) sur la droite numérique. La fonction valeur absolue est \(f : x \longmapsto |x|\), avec \(D_f = \mathbb{R}\).

\[|x| = \begin{cases} x & \text{si } x \geq 0, \\ -x & \text{si } x \lt 0. \end{cases}\]

Ainsi \(|3{,}5| = 3{,}5\) et \(|-4| = 4\). On a toujours \(|x| \geq 0\), et \(|x| = 0\) uniquement pour \(x = 0\). La courbe a la forme d'un V dont la pointe est à l'origine \(O(0\,;\,0)\) ; elle est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées.

2. Fonction carré

Définition — Fonction carré

La fonction carré est \(f : x \longmapsto x^2\), avec \(D_f = \mathbb{R}\). On a toujours \(x^2 \geq 0\).

La courbe est une parabole de sommet l'origine \(O(0\,;\,0)\), tournée vers le haut. Elle est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées : les points \((x\,;\,x^2)\) et \((-x\,;\,x^2)\) sont sur la courbe. Points repères : \((0\,;\,0)\), \((1\,;\,1)\), \((2\,;\,4)\).

3. Fonction inverse

Définition — Fonction inverse

La fonction inverse est \(f : x \longmapsto \dfrac{1}{x}\), avec \(D_f = \left]-\infty\,;\,0\right[ \cup \left]0\,;\,+\infty\right[\). La valeur \(x = 0\) est exclue (division par zéro impossible).

La courbe est une hyperbole formée de deux branches : pour \(x \gt 0\), une branche en haut à droite (valeurs positives) ; pour \(x \lt 0\), une branche en bas à gauche (valeurs négatives). Elle est symétrique par rapport à l'origine ; les axes jouent le rôle d'asymptotes. Points repères : \((1\,;\,1)\), \((2\,;\,0{,}5)\), \((-1\,;\,-1)\).

Exercice d'application 4. Écrire sans valeur absolue : \(|{-7}|\), \(|3-8|\), \(|\sqrt{2}-2|\). Puis simplifier \(\sqrt{(-5)^2}\).

\(|{-7}| = 7\) ; \(|3-8| = |{-5}| = 5\) ; comme \(\sqrt2 \lt 2\), \(|\sqrt2-2| = 2-\sqrt2\).

\(\sqrt{(-5)^2} = \sqrt{25} = 5 = |-5|\) : en général \(\sqrt{x^2} = |x|\), pas \(x\).

V. Résoudre \(f(x) = k\) et \(f(x) \lt k\)

Résoudre l'équation \(f(x) = k\), c'est chercher tous les antécédents de \(k\). Résoudre l'inéquation \(f(x) \lt k\) (ou \(\leq\), \(\gt\), \(\geq\)), c'est chercher tous les \(x\) pour lesquels l'inégalité est vraie. Trois méthodes coexistent :

Propriété — Trois méthodes

Le choix de la méthode fait partie de la compétence attendue. Une lecture graphique donne souvent une valeur approchée ; le calcul donne une valeur exacte.

Exemple algébrique

Résoudre \(x^2 = 9\). On écrit \(x^2 - 9 = 0\), soit \((x-3)(x+3) = 0\), d'où \(x = 3\) ou \(x = -3\). L'ensemble des solutions est \(S = \{-3\,;\,3\}\).

À retenir. L'équation \(x^2 = k\) a deux solutions \(\pm\sqrt{k}\) si \(k \gt 0\), une solution (\(0\)) si \(k = 0\), et aucune si \(k \lt 0\) (un carré n'est jamais négatif).
Propriété — Équations avec racine carrée et cube
Exercice d'application 5. Résoudre algébriquement : a) \(x^2 = 16\) b) \(\dfrac{1}{x} = 4\) c) \(|x| = 5\) d) \(\sqrt{x} = 3\) e) \(x^3 = -8\) f) \(\sqrt{x} = -2\).

a) \(x = 4\) ou \(x = -4\), \(S=\{-4\,;\,4\}\). b) \(x = \dfrac{1}{4}\), \(S=\left\{\tfrac14\right\}\). c) \(x = 5\) ou \(x = -5\), \(S=\{-5\,;\,5\}\).

d) \(3 \geq 0\), donc \(x = 3^2 = 9\), \(S=\{9\}\). e) Le cube prend chaque valeur une seule fois : \((-2)^3 = -8\), donc \(S=\{-2\}\). f) Une racine carrée n'est jamais négative : \(S=\varnothing\).

VI. Signe d'une fonction et tableau de signes

1. Signe d'une fonction affine

Propriété — Signe d'une fonction affine

Soit \(f(x) = mx + p\) avec \(m \neq 0\). La fonction \(f\) s'annule en \(x_0 = -\dfrac{p}{m}\), et :

2. Tableau de signes d'un produit ou d'un quotient

Méthode — Produit / quotient

Pour étudier le signe d'un produit \(A(x)\times B(x)\) ou d'un quotient \(\dfrac{A(x)}{B(x)}\) :

  1. déterminer les valeurs où chaque facteur s'annule (valeurs interdites au dénominateur pour un quotient) ;
  2. les reporter, dans l'ordre croissant, sur une même ligne d'abscisses ;
  3. étudier le signe de chaque facteur sur chaque intervalle ;
  4. appliquer la règle des signes pour la ligne finale.

Sous une valeur interdite (dénominateur nul), on met une double barre \(\|\) dans la ligne du quotient : la fonction n'y est pas définie.

Exemple — Signe de \((x-1)(2x+6)\)

\(x - 1 = 0 \iff x = 1\) (facteur croissant : \(-\) avant \(1\), \(+\) après) ; \(2x + 6 = 0 \iff x = -3\) (croissant).

\(x\)\(-\infty\)\(-3\)\(1\)\(+\infty\)
\(x-1\)\(-\)\(-\)\(0\ +\)\(+\)
\(2x+6\)\(-\)\(0\ +\)\(+\)\(+\)
\(f(x)\)\(+\)\(0\ -\)\(0\ +\)\(+\)

On lit : \(f(x) \gt 0\) sur \(\left]-\infty\,;\,-3\right[ \cup \left]1\,;\,+\infty\right[\), et \(f(x) \lt 0\) sur \(\left]-3\,;\,1\right[\).

Attention

Ne pas confondre le \(0\) d'une annulation (numérateur) avec la double barre \(\|\) d'une valeur interdite (dénominateur). Bien gérer l'inclusion/exclusion des bornes selon que l'inégalité est stricte ou large.

Exercice d'application 6. Résoudre \(\dfrac{x+2}{x-3} \geq 0\) à l'aide d'un tableau de signes.

\(x+2 = 0 \iff x = -2\) ; valeur interdite \(x = 3\). Le quotient est \(+\) sur \(\left]-\infty\,;\,-2\right]\), \(-\) sur \(\left]-2\,;\,3\right[\), \(+\) sur \(\left]3\,;\,+\infty\right[\).

Solution : \(S = \left]-\infty\,;\,-2\right] \cup \left]3\,;\,+\infty\right[\). On inclut \(-2\) (numérateur nul) et on exclut \(3\) (valeur interdite).

VII. Résoudre \(f(x) = g(x)\) et \(f(x) \lt g(x)\)

Propriété — Interprétation graphique

Résoudre \(f(x) = g(x)\) revient à trouver les abscisses des points d'intersection des deux courbes \(\mathcal{C}_f\) et \(\mathcal{C}_g\). Résoudre \(f(x) \lt g(x)\) revient à trouver les \(x\) pour lesquels \(\mathcal{C}_f\) est en dessous de \(\mathcal{C}_g\).

Méthode — Se ramener à un signe (la différence)

On étudie la fonction différence \(d(x) = f(x) - g(x)\) :

\[f(x) \lt g(x) \iff f(x) - g(x) \lt 0 \iff d(x) \lt 0.\]

On est ramené à une étude de signe (souvent via un tableau de signes).

Exemple — Comparer \(x^2\) et \(x\)

Comparons \(f(x) = x^2\) et \(g(x) = x\) pour \(x \geq 0\). On pose \(d(x) = x^2 - x = x(x-1)\).

Pour \(x \geq 0\), le facteur \(x\) est positif, donc le signe de \(d(x)\) est celui de \(x - 1\) :

Les courbes se croisent en \(x = 0\) et \(x = 1\).

Erreurs fréquentes / points de vigilance

Les pièges du chapitre

❌ Confondre \(f\) et \(f(x)\).

✅ \(f\) est la fonction ; \(f(x)\) est un nombre (l'image de \(x\)).

❌ Confondre image et antécédent.

✅ L'image de \(a\) se calcule (\(f(a)\)) ; les antécédents de \(k\) se cherchent en résolvant \(f(x)=k\). L'image est unique, les antécédents peuvent être multiples.

❌ Oublier une valeur interdite (dénominateur, radicande).

✅ Un quotient impose \(B(x) \neq 0\) ; une racine impose radicande \(\geq 0\).

❌ Écrire \(\sqrt{x^2} = x\).

✅ En réalité \(\sqrt{x^2} = |x|\) : par exemple \(\sqrt{(-3)^2} = 3 = |-3|\).

❌ Croire que \(x^2 = k\) a toujours deux solutions.

✅ Aucune si \(k \lt 0\), une seule (\(0\)) si \(k = 0\).

❌ Oublier de changer le sens d'une inégalité.

✅ Multiplier ou diviser une inégalité par un nombre négatif inverse le sens.

L'essentiel à retenir

À retenir :

Simulations interactives