Second degré (partie 1) : forme canonique, forme factorisée (sans la notion de discriminant)

Exercices types : Comment bien choisir la forme adaptée d'une fonction polynôme du second degré (sans discriminant)\red{\text{(sans discriminant)}} - Exercice 1

20 min
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On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+7 .
Question 1

Montrer que ff est une fonction polynôme du second degré.

Correction
Une fonction ff est une fonction polynôme du second degré s'il existe trois réels aa, bb et cc avec a0a\ne0, tels que pour tout réel xx on a : f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^{2} +bx+c
Nous savons que f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+7 . Nous avons a=10a=1\ne 0 ; b=8b=-8 et c=7c=7 .
Il en résulte donc que ff est une fonction polynôme du second degré.
La forme f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+7 est appeleˊe la forme deˊveloppeˊe de\red{\text{ appelée la forme développée de}} f\red{f} .
Question 2

Déterminer la forme canonique de ff .

Correction
Toute fonction polynôme ff de degré 22 définie sur R\mathbb{R} par f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^{2}+bx+c avec a0a\ne0, peut s'écrire sous la forme :
  • f(x)=a(xα)2+βf\left(x\right)=a\left(x-\alpha \right)^{2} +\beta avec α=b2a\alpha =\frac{-b}{2a} et β=f(α)\beta =f\left(\alpha \right)
Soit f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+7
1ère étape : On définit les valeurs aa, bb et cc.
  • a=a= nombre devant x2x^{2} d'où a=1a=1
  • b=b= nombre devant xx d'où b=8b=-8
  • c=c= nombre seul d'où c=7c=7
2ème étape : Calcul de α=b2a\alpha =\frac{-b}{2a}
Il vient alors que : α=(8)2×1\alpha =\frac{-\left(-8\right)}{2\times1} d'où :
α=4\alpha =4

3ème étape : Calcul de β=f(α)\beta =f\left(\alpha \right)
Il vient alors que :
β=f(4)\beta =f\left(4 \right)
β=428×4+7\beta =4^{2} -8\times4+7
β=9\beta =-9

Ainsi, pour tout réel xx, la forme canonique est : f(x)=a(xα)2+βf\left(x\right)=a\left(x-\alpha \right)^{2} +\beta ce qui nous donne :
f(x)=(x4)29f\left(x\right)=\left(x-4 \right)^{2} -9

Question 3

En utilisant la question 22, démontrer que : f(x)=(x7)(x1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(x-1\right)

Correction
D'après la question 22, nous savons que : f(x)=(x4)29f\left(x\right)=\left(x-4 \right)^{2} -9
    Identiteˊ remarquable\purple{\text{Identité remarquable}}
  • a2b2=(ab)(a+b){\color{blue}a}^{2} -{\color{red}b}^{2}=\left({\color{blue}a}-{\color{red}b}\right)\left({\color{blue}a}+{\color{red}b}\right)
f(x)=(x4)29f\left(x\right)=\left(x-4 \right)^{2} -9 équivaut successivement à :
f(x)=(x4)232f\left(x\right)=\left({\color{blue}x-4}\right)^{2} -{\color{red}3}^{2}
Ici nous avons a=x4a={\color{blue}x-4} et b=3b={\color{red}3}. Il vient alors que :
f(x)=(x43)(x4+3)f\left(x\right)=\left({\color{blue}x-4}-{\color{red}3}\right)\left({\color{blue}x-4}+{\color{red}3}\right)
Ainsi :
f(x)=(x7)(x1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(x-1\right)

Question 4
Utiliser la forme la plus adaptée pour :

Calculer f(0)f\left(0\right)

Correction
Il nous faut donc calculer f(0)f\left(0\right)
Nous allons utiliser la forme f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+7. Ainsi :
f(0)=028×0+7f\left(0\right)=0^{2} -8\times0+7
D'où :
f(0)=7f\left(0\right)=7
Question 5

Calculer f(1)f\left(1\right)

Correction
Il nous faut donc calculer f(1)f\left(1\right)
Nous allons utiliser la forme factorisée f(x)=(x7)(x1)f\left(x\right)=\left(x-7\right)\left(x-1\right). Ainsi :
f(1)=(17)(11)f\left(1\right)=\left(1-7\right)\left(1-1\right)
f(1)=(6)×0f\left(1\right)=\left(-6\right)\times0
D'où :
f(1)=0f\left(1\right)=0
Question 6

Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'équation f(x)=7f\left(x\right)=7 .

Correction
Pour résoudre l'équation f(x)=7f\left(x\right)=\red{7} nous allons utiliser la forme développée f(x)=x28x+7f\left(x\right)=x^{2}-8x+\red{7} .
Il vient alors :
f(x)=7f\left(x\right)=7 équivaut successivement à :
x28x+7=7x^{2}-8x+7=7
x28x=77x^{2}-8x=7-7
x28x=0x^{2}-8x=0
Le facteur commun ici est x{\color{blue}x}.
x×x8×x=0 {\color{blue}x}\times x-8\times {\color{blue}x}=0 . On factorise maintenant par x{\color{blue}x} .
x(x8)=0{\color{blue}x}\left(x-8\right)=0 . Il s’agit d’une eˊquation produit nul\purple{\text{Il s'agit d'une équation produit nul}}
x=0x=0 ou x8=0x-8=0
  • D’une part :\red{\text{D'une part :}} résolvons x=0x=0 qui donne x=0x=0
  • D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} résolvons x8=0x-8=0 qui donne x=8x=8.
  • Les solutions de l'équation f(x)=7f\left(x\right)=7 sont alors :
    S={0;8}S=\left\{0;8\right\}

    Question 7

    Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'inéquation f(x)>9f\left(x\right)>-9 .

    Correction
    Pour résoudre l'inéquation f(x)>9f\left(x\right)>\pink{-9} nous allons utiliser la forme canonique f(x)=(x4)29f\left(x\right)=\left(x-4 \right)^{2} \pink{-9}
    Il vient alors :
    f(x)>9f\left(x\right)>-9 équivaut successivement à :
    (x4)29>9\left(x-4 \right)^{2} -9>-9
    (x4)2>9+9\left(x-4 \right)^{2} >-9+9
    (x4)2>0\left(x-4 \right)^{2} >0
    Lorsque x=4x=4 l'expression (x4)2=0\left(x-4 \right)^{2}=0.
    Par définition, un carré est positif ou nul. Cela signifie que si x4x\ne 4 alors l'expression (x4)2\left(x-4 \right)^{2} sera strictement positive.
    Autrement dit, f(x)>9f\left(x\right)>-9 pour tous les réels sauf pour x=4x=4
    Il en résulte donc que l'ensemble des solutions de l'inéquation f(x)>9f\left(x\right)>-9 est :
    S=];4[]4;+[S=\left]-\infty ;4\right[\cup \left]4;+\infty \right[