Fonction homographique : $f\left(x\right)=\frac{ax+b}{cx+d} $

Exercices Types : Partie 1 - Exercice 1

25 min
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Question 1
La fonction ff définie par f(x)=4x+2x3f\left(x\right)=\frac{4x+2}{x-3}.

Montrer que ff est une fonction homographique.

Correction
  • On appelle fonction homographique toute fonction ff qui peut s’écrire sous la forme f(x)=ax+bcx+df\left(x\right)=\frac{ax+b}{cx+d}aa, bb , c0c\ne0 et dd sont des réels tels que adbc0ad-bc\ne0.
Ici nous avons
a=4a=4, b=2b=2, c=10c=1\ne0 et d=3d=-3
.
De plus : adbc=4×(3)1×2ad-bc=4\times\left(-3\right)-1\times2 ainsi :
adbc=140ad-bc=-14\ne0
.
La fonction ff est bien une fonction homographique.
Question 2

Déterminer son ensemble de définition.

Correction
  • Une fonction homographique est définie pour tout réel xx tel que le dénominateur ne s'annule pas.
Le dénominateur ici est x3x-3.
ff est définie pour tout réel xx tel x30x-3\ne0 d'où :
x3x\ne3

L'ensemble de définition de la fonction ff est D=];3[]3;+[D=\left]-\infty ;3\right[\cup \left]3;+\infty \right[ que l’on note aussi R{3}\mathbb{R}-\left\{3\right\}.
Question 3

Résoudre l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0.

Correction
  • AB=0A=0\frac{A}{B} =0\Leftrightarrow A=0 et B0B\ne0.
  • Le calcul B0B\ne0 permet d'enlever la valeur interdite.
4x+2x3=0\frac{4x+2}{x-3} =0 équivaut successivement à :
4x+2=04x+2=0 et x30x-3\ne0
4x=24x=-2 et x3x\ne3
x=24x=\frac{-2}{4} et x3x\ne3
x=12x=\frac{-1}{2} et x3x\ne3
La solution de l'équation 4x+2x3=0\frac{4x+2}{x-3} =0 est :
S={12}S=\left\{-\frac{1}{2} \right\}
Question 4

Montrer que résoudre l'équation f(x)<1f\left(x\right)<1 revient à résoudre 3x+5x3<0\frac{3x+5}{x-3}<0.

Correction
f(x)<1f\left(x\right)<1 équivaut successivement à :
4x+2x3<1\frac{4x+2}{x-3} <1
4x+2x31<0\frac{4x+2}{x-3} -1<0
4x+2x31×(x3)x3<0\frac{4x+2}{x-3} -\frac{1\times \left(x-3\right)}{x-3} <0 . Nous avons tout mis au même dénominateur.
4x+21×(x3)x3<0\frac{4x+2-1\times \left(x-3\right)}{x-3} <0
4x+2(x3)x3<0\frac{4x+2-\left(x-3\right)}{x-3} <0
4x+2x+3x3<0\frac{4x+2-x+3}{x-3} <0 . Attention à avoir bien changé les signes devant la parenthèse car il y a le signe ()\left(-\right)
Finalement :
3x+5x3<0\frac{3x+5}{x-3} <0

Question 5

En déduire l'ensemble des solutions de l'inéquation f(x)<1f\left(x\right)<1.

Correction
Pour déterminer les solutions de l'inéquation f(x)<1f\left(x\right)<1, il nous faut donc résoudre l'inéquation 3x+5x3<0\frac{3x+5}{x-3} <0 . Pour cela nous allons dresser un tableau de signe.
Tout d'abord, il est important de rappeler que 33 est la valeur interdite donc que l'ensemble de définition est D=];3[]3;+[D=\left]-\infty ;3\right[\cup \left]3;+\infty \right[.
D’une part :\red{\text{D'une part :}}
3x+5=03x+5=0 équivaut successivement à :
3x=53x=-5
x=53x=\frac{-5}{3}

Soit x3x+5x\mapsto 3x+5 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=3>0a=3>0.
Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera par le signe ()\left(-\right) puis ensuite par le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe. Bien entendu n'écrivez pas ces deux phrases en gras sur votre copie, c'est pour vous expliquer comment on remplit le signe de la fonction x3x+5x\mapsto 3x+5.
D’autre part :\red{\text{D'autre part :}}
x3=0x-3=0 équivaut successivement à :
x=3x=3

Soit xx3x\mapsto x-3 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=1>0a=1>0.
Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera par le signe ()\left(-\right) puis ensuite par le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe. Bien entendu n'écrivez pas ces deux phrases en gras sur votre copie, c'est pour vous expliquer comment on remplit le signe de la fonction xx3x\mapsto x-3.
Nous dressons ci-dessous le tableau de signe de la fonction x3x+5x3x\mapsto \frac{3x+5}{x-3}.
Pour déterminer les solutions de l'inéquation f(x)<1f\left(x\right)<1, il nous faut donc résoudre l'inéquation 3x+5x3<0\frac{3x+5}{x-3} <0.
Il vient alors que :
S=]35;3[S=\left]-\frac{3}{5} ;3\right[