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x²

La fonction carré et la parabole

Niveau 6 · Première

Rappel éclair· On réveille ce que tu sais déjà avant d'attaquer.

Calcule (-5)².

Le cours en entier

À relire à tout moment, y compris pendant les exercices.

Lance un ballon vers un panier et observe sa trajectoire : il monte, culmine, puis redescend en dessinant une courbe arrondie et parfaitement symétrique. Cette courbe s'appelle une parabole, et c'est la signature graphique du second degré, c'est-à-dire des fonctions où x apparaît au carré.

Le modèle de base est la fonction carré, f(x) = x². Calcule quelques valeurs : f(-2) = 4, f(-1) = 1, f(0) = 0, f(1) = 1, f(2) = 4. Deux choses sautent aux yeux. D'abord un nombre et son opposé ont le même carré, donc la courbe est symétrique par rapport à l'axe vertical. Ensuite les valeurs descendent jusqu'à 0 puis remontent : f est décroissante sur ]-∞ ; 0], croissante sur [0 ; +∞[, avec un minimum 0 atteint en 0.

Toute fonction de la forme f(x) = ax² + bx + c, avec a non nul, garde cette allure de parabole. Son point le plus bas ou le plus haut s'appelle le sommet, et la droite verticale qui passe par le sommet est l'axe de symétrie : la parabole s'y replie exactement sur elle-même. L'abscisse du sommet se calcule avec une formule à connaître par coeur : x = -b/(2a). Pour trouver l'ordonnée du sommet, il suffit ensuite de calculer l'image de cette valeur.

Le signe de a décide de l'orientation. Si a > 0, la parabole est tournée vers le haut, comme un bol : elle descend puis remonte, et le sommet est un minimum. Si a < 0, elle est tournée vers le bas, comme une cloche : elle monte puis redescend, et le sommet est un maximum. Sommet, axe de symétrie, orientation : avec ces trois clés, tu peux esquisser n'importe quelle parabole en quelques secondes.

L'exemple, pas à pas

Étudie la fonction carré f(x) = x² : symétrie, variations et sommet.

  1. f(-2) = 4, f(-1) = 1, f(0) = 0, f(1) = 1, f(2) = 4

    Je calcule un petit tableau de valeurs pour voir la forme de la courbe.

  2. f(-x) = (-x)² = x² = f(x)

    Un nombre et son opposé ont la même image : la parabole est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées.

  3. Sur ]-∞ ; 0] : 4, 1, 0 : ça descend

    À gauche de 0, quand x augmente, les carrés diminuent : f est décroissante sur ]-∞ ; 0].

  4. Sur [0 ; +∞[ : 0, 1, 4 : ça monte

    À droite de 0, les carrés grandissent : f est croissante sur [0 ; +∞[. Le point le plus bas est atteint en 0.

Résultat : La parabole de f(x) = x² a pour sommet l'origine (0 ; 0), qui est un minimum, et pour axe de symétrie la droite x = 0.

Détermine le sommet et les variations de f(x) = x² - 4x + 1.

  1. a = 1, b = -4, c = 1

    J'identifie les coefficients de la forme ax² + bx + c. Comme a = 1 > 0, la parabole est tournée vers le haut.

  2. x = -b/(2a) = -(-4)/(2 × 1) = 4/2 = 2

    J'applique la formule de l'abscisse du sommet, en faisant attention au signe de b.

  3. f(2) = 2² - 4 × 2 + 1 = 4 - 8 + 1 = -3

    J'obtiens l'ordonnée du sommet en calculant l'image de 2. Le sommet est le point (2 ; -3).

  4. Décroissante sur ]-∞ ; 2], croissante sur [2 ; +∞[

    Parabole vers le haut : f descend jusqu'au sommet puis remonte. Le minimum de f vaut -3, atteint en x = 2, et l'axe de symétrie est la droite x = 2.

Résultat : Sommet (2 ; -3) : f est décroissante sur ]-∞ ; 2], croissante sur [2 ; +∞[, avec un minimum de -3 en x = 2.