Exercices types : 66ème partie - Exercice 1

30 min
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On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=2x2+4x−16f(x)=2x^2+4x-16. On note Cf\mathcal{C}_f sa courbe représentative dans un repère.
Question 1

Démontrer que, pour tout réel xx, f(x)=2(x+1)2−18f(x)=2(x+1)^2-18. Comment appelle-t-on cette écriture ?

Correction
Développons le membre de droite. Pour tout réel xx :
2(x+1)2−18=2(x2+2x+1)−182\left(x+1\right)^{2}-18=2\left(x^{2}+2x+1\right)-18
2(x+1)2−18=2x2+4x+2−182\left(x+1\right)^{2}-18=2x^{2}+4x+2-18
2(x+1)2−18=2x2+4x−16=f(x)2\left(x+1\right)^{2}-18=2x^{2}+4x-16=f\left(x\right)
Ainsi :
f(x)=2(x+1)2−18f\left(x\right)=2\left(x+1\right)^{2}-18 : c'est la forme canonique de f(x)f\left(x\right).
  • La forme canonique d'un trinôme du second degré est : f(x)=a(x−α)2+βf\left(x\right)=a\left(x-\alpha\right)^{2}+\beta où S(α;β)S\left(\alpha;\beta\right) correspond au sommet de la parabole, avec α=−b2a\alpha=\dfrac{-b}{2a} et β=f(α)\beta=f\left(\alpha\right).
  • Si a>0a\gt 0, la parabole est tournée vers le haut et β\beta est un minimum ; si a<0a\lt 0, elle est tournée vers le bas et β\beta est un maximum.
Question 2

Démontrer que, pour tout réel xx, f(x)=2(x−2)(x+4)f(x)=2(x-2)(x+4).

Correction
Développons le membre de droite. Pour tout réel xx :
2(x−2)(x+4)=2(x2+4x−2x−8)2\left(x-2\right)\left(x+4\right)=2\left(x^{2}+4x-2x-8\right)
2(x−2)(x+4)=2(x2+2x−8)2\left(x-2\right)\left(x+4\right)=2\left(x^{2}+2x-8\right)
2(x−2)(x+4)=2x2+4x−16=f(x)2\left(x-2\right)\left(x+4\right)=2x^{2}+4x-16=f\left(x\right)
Ainsi :
f(x)=2(x−2)(x+4)f\left(x\right)=2\left(x-2\right)\left(x+4\right) : c'est la forme factorisée de f(x)f\left(x\right).

On dispose donc de trois écritures : la forme développée 2x2+4x−162x^{2}+4x-16, la forme canonique 2(x+1)2−182\left(x+1\right)^{2}-18 et la forme factorisée 2(x−2)(x+4)2\left(x-2\right)\left(x+4\right).
Question 3
En choisissant à chaque fois la forme la plus adaptée parmi les trois écritures de f(x)f(x) :

Calculer f(0)f(0) et f(−1)f(-1).

Correction
D’une part :\red{\text{D'une part :}} pour f(0)f\left(0\right), la forme développée est la plus adaptée : f(0)=2×02+4×0−16f\left(0\right)=2\times 0^{2}+4\times 0-16 d'où
f(0)=−16f\left(0\right)=-16

D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} pour f(−1)f\left(-1\right), la forme canonique est la plus adaptée : f(−1)=2(−1+1)2−18=2×0−18f\left(-1\right)=2\left(-1+1\right)^{2}-18=2\times 0-18 d'où
f(−1)=−18f\left(-1\right)=-18
Question 4

Donner les coordonnées du sommet de la parabole Cf\mathcal{C}_f et préciser si ff admet un maximum ou un minimum.

Correction
D'après la forme canonique f(x)=2(x+1)2−18f\left(x\right)=2\left(x+1\right)^{2}-18, on détermine facilement le sommet de la parabole.
On note S(xS;yS)S\left(x_{S};y_{S}\right) le sommet de la parabole. Ici, nous avons a=2a=2, xS=−1x_{S}=-1 et yS=−18y_{S}=-18.
a>0a\gt 0, la parabole est tournée vers le haut et S(−1;−18)S\left(-1;-18\right) est le sommet de la parabole (plus précisément un minimum).
D'où :
Le sommet de Cf\mathcal{C}_f est S(−1;−18)S\left(-1;-18\right) et ff admet un minimum, égal à −18-18, atteint en x=−1x=-1.

En effet, pour tout réel xx, (x+1)2⩾0\left(x+1\right)^{2}\geqslant 0 donc f(x)⩾−18f\left(x\right)\geqslant -18.
Question 5

Résoudre l'équation f(x)=0f(x)=0.

Correction
  • Un produit de facteurs est nul si et seulement si l'un au moins des facteurs est nul.
On utilise la forme factorisée. f(x)=0f\left(x\right)=0 équivaut successivement à :
2(x−2)(x+4)=02\left(x-2\right)\left(x+4\right)=0. Il s'agit d'une équation produit nul.
D’une part :\red{\text{D'une part :}} x−2=0x-2=0 ce qui nous donne x=2x=2
D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} x+4=0x+4=0 ce qui nous donne x=−4x=-4
Les solutions de l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0 sont alors :
S={−4;2}S=\left\{-4;2\right\}
Question 6

Résoudre l'équation f(x)=−16f(x)=-16.

Correction
On utilise la forme développée. f(x)=−16f\left(x\right)=-16 équivaut successivement à :
2x2+4x−16=−162x^{2}+4x-16=-16
2x2+4x=02x^{2}+4x=0
2x(x+2)=02x\left(x+2\right)=0. Il s'agit d'une équation produit nul.
D’une part :\red{\text{D'une part :}} 2x=02x=0 ce qui nous donne x=0x=0
D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} x+2=0x+2=0 ce qui nous donne x=−2x=-2
Les solutions de l'équation f(x)=−16f\left(x\right)=-16 sont alors :
S={−2;0}S=\left\{-2;0\right\}

On retrouve que f(0)=−16f\left(0\right)=-16 ; par symétrie par rapport à la droite d'équation x=−1x=-1, on a aussi f(−2)=−16f\left(-2\right)=-16.
Question 7

Déterminer les coordonnées des points d'intersection de Cf\mathcal{C}_f avec les axes du repère.

Correction
D’une part :\red{\text{D'une part :}} avec l'axe des ordonnées, on a x=0x=0 et f(0)=−16f\left(0\right)=-16 (question 3), d'où le point (0;−16)\left(0;-16\right).
D’autre part :\red{\text{D'autre part :}} avec l'axe des abscisses, on a f(x)=0f\left(x\right)=0, c'est-à-dire x=−4x=-4 ou x=2x=2 (question 5), d'où les points (−4;0)\left(-4;0\right) et (2;0)\left(2;0\right).
Ainsi :
Cf\mathcal{C}_f coupe les axes du repère aux points (0;−16)\left(0;-16\right), (−4;0)\left(-4;0\right) et (2;0)\left(2;0\right).
Question 8

Dresser le tableau de variations de ff sur R\mathbb{R}.

Correction
D'après la question 4, a=2>0a=2\gt 0 : la parabole est tournée vers le haut et S(−1;−18)S\left(-1;-18\right) est le sommet de la parabole (plus précisément un minimum).
La fonction ff est donc décroissante sur ]−∞;−1]\left]-\infty;-1\right] puis croissante sur [−1;+∞[\left[-1;+\infty\right[.
Le tableau de variation est alors :
Question 9

Dresser le tableau de signes de ff sur R\mathbb{R}, puis résoudre l'inéquation f(x)⩽0f(x)\leqslant 0.

Correction
  • Si a>0a\gt 0, la parabole est tournée vers le haut ; si a<0a\lt 0, elle est tournée vers le bas. Dans les deux cas, lorsque Δ>0\Delta\gt 0, le trinôme est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
  • Si Δ<0\Delta\lt 0, le trinôme est toujours du signe de aa.
D'après la question 5, ff admet deux racines réelles distinctes x1=−4x_{1}=-4 et x2=2x_{2}=2. Le tableau de signe du trinôme du second degré dépend alors du signe de aa.
Dans notre situation, a=2>0a=2\gt 0, la parabole est tournée vers le haut c'est-à-dire que ff est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
Il vient alors que :
D'après le tableau de signe de ff, on peut résoudre l'inéquation f(x)⩽0f\left(x\right)\leqslant 0 : f(x)f\left(x\right) est négatif ou nul entre les racines, bornes comprises.
Les solutions sont alors :
S=[−4;2]S=\left[-4;2\right]
Question 10

Tracer l'allure de Cf\mathcal{C}_f en y faisant figurer les éléments trouvés.

Correction
On place le sommet S(−1;−18)S\left(-1;-18\right), les points d'intersection avec les axes (−4;0)\left(-4;0\right), (2;0)\left(2;0\right) et (0;−16)\left(0;-16\right), ainsi que le point (−2;−16)\left(-2;-16\right) symétrique de (0;−16)\left(0;-16\right) par rapport à la droite d'équation x=−1x=-1 :

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