Première spécialité · MathAD

Chapitre 1 – Second degré

Cours interactif : observe, cherche, vérifie et entraîne-toi au fil du chapitre.

Conseil : garde une feuille de brouillon à côté de toi. Les calculs proposés sont faisables sans calculatrice.
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1 · Rappels

La fonction carré

La fonction carré \(x\mapsto x^2\) : quelques rappels essentiels avant d'étudier les fonctions polynômes du second degré.

La fonction carré est la fonction qui, à tout réel \(x\), associe son carré \(x^2\).

Elle est paire : pour tout réel \(x\), \((-x)^2=x^2\). Sa courbe représentative est une parabole, d'axe de symétrie \(x=0\) et de sommet \(O(0;0)\).

Courbe de f(x) = x2

Retrouve d'abord sur ton brouillon les variations et le signe de \(x^2\).

Tableau de variations de \(x\mapsto x^2\)

\(x\)\(-\infty\)0\(+\infty\)
\(x^2\)+∞0+∞

Tableau de signes de \(x^2\)

\(x\)
−∞0+∞
\(x^2\)
+0+
Point de contrôle · Quel énoncé est correct ?
2 · Fonction polynôme du second degré

Définition et représentations

a) Forme développée

Une fonction \(f\) est une fonction polynôme du second degré s'il existe trois réels \(a,b,c\), avec \(a\neq0\), tels que, pour tout réel \(x\) :

\[f(x)=ax^2+bx+c\]

Sa courbe représentative est une parabole. Le signe de \(a\) détermine son sens.

a > 0 : parabole « à l'endroit »
a < 0 : parabole « à l'envers »

Sommet, axe de symétrie et variations

Le sommet \(S\) de la parabole a pour coordonnées \(S(\alpha;\beta)\), avec :

\[\alpha=\frac{-b}{2a}\qquad\text{et}\qquad \beta=f(\alpha)\]

La droite d'équation \(x=\alpha\) est l'axe de symétrie de la parabole.

Si \(a>0\), \(\beta\) est le minimum de \(f\). Si \(a<0\), \(\beta\) est le maximum de \(f\).

b) Forme canonique

\[f(x)=a(x-\alpha)^2+\beta\qquad\text{avec}\qquad\alpha=\frac{-b}{2a}\quad\text{et}\quad\beta=f(\alpha)\]
Pourquoi elle est utile : elle fait apparaître immédiatement le sommet, l'axe de symétrie, l'extremum et les variations.
Exemple 1
f(x) = 2(x − 1)2 − 3
S(1 ; −3)
a = 2 > 0 : parabole à l'endroit.
Exemple 2
g(x) = −(x + 2)2 + 4
S(−2 ; 4)
a = −1 < 0 : parabole à l'envers.
Exemple 3
h(x) = 3(x − 2)2 + 1
S(2 ; 1)
a = 3 > 0 : parabole à l'endroit.
Exemple du cours : \(f(x)=4x^2-8x+11\)
\[\alpha=\frac{-(-8)}{2\times4}=1,\qquad\beta=f(1)=4-8+11=7.\]

Donc \(f(x)=4(x-1)^2+7\). Le sommet est \(S(1;7)\). Comme \(a=4>0\), la parabole est à l'endroit et \(7\) est le minimum.

Pour \(f(x)=2(x-3)^2-5\), quel est le sommet ?

c) Forme factorisée

Les racines d'un trinôme sont les valeurs de \(x\) pour lesquelles \(f(x)=0\). Graphiquement, ce sont les abscisses des points d'intersection de la parabole avec l'axe des abscisses.

Dans les trois exemples ci-dessous, \(a>0\) : les paraboles sont donc à l'endroit.
Deux racines distinctes
La parabole coupe l'axe en x₁ et x₂.
f(x) = a(x − x₁)(x − x₂)
Une racine double
La parabole touche l'axe en son sommet.
f(x) = a(x − x₀)2
Aucune racine réelle
La parabole ne rencontre pas l'axe.
Pas de forme factorisée sur ℝ.
Ici, \(a>0\) dans les trois exemples : les paraboles sont donc à l'endroit. Le nombre de racines dépend des intersections avec l'axe des abscisses ; le signe de \(a\) détermine le sens de la parabole.
Deux racines · a < 0 · parabole à l'envers
Une racine double · a < 0 · parabole à l'envers
Aucune racine · a < 0 · parabole à l'envers

Choisir la forme adaptée

Question poséeÉcriture souvent la plus efficace
Lire \(a,b,c\), calculer une image simpleForme développée
Sommet, axe, extremum, variationsForme canonique
Racines et étude du signeForme factorisée
3 · Discriminant

Résolution d'une équation du second degré

Pour résoudre \(ax^2+bx+c=0\), on calcule le discriminant :

\[\Delta=b^2-4ac\]
Δ < 0
0 intersection
Aucune solution réelle.
Δ = 0
1 intersection
x₀ = −b / (2a)
Δ > 0
2 intersections
Deux solutions réelles.

Si \(\Delta>0\) :

\[x_1=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}\qquad\text{et}\qquad x_2=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}.\]

Si \(\Delta=0\) : \(\displaystyle x_0=\frac{-b}{2a}\). Si \(\Delta<0\) : aucune solution réelle.

Démonstration à connaître :

Partons de la forme développée :

\[ \begin{aligned} f(x) &=ax^2+bx+c\\ &=a\left(x^2+\frac{b}{a}x+\frac{c}{a}\right)\\ &=a\left[\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2-\frac{b^2}{4a^2}+\frac{c}{a}\right]\\ &=a\left[\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2-\frac{b^2-4ac}{4a^2}\right]. \end{aligned} \]

Or \(\Delta=b^2-4ac\). On obtient donc :

\[ \boxed{f(x)=a\left[\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2-\frac{\Delta}{4a^2}\right]}. \]

Résoudre \(f(x)=0\) revient, puisque \(a\neq0\), à :

\[\left(x+\frac{b}{2a}\right)^2=\frac{\Delta}{4a^2}.\]

Lorsque \(\Delta>0\), on obtient les deux solutions :

\[ x_1=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} \qquad\text{et}\qquad x_2=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}. \]

Lorsque \(\Delta=0\), l'équation devient :

\[ \left(x+\frac{b}{2a}\right)^2=0. \]

Un carré est nul si et seulement si ce qui est au carré est nul. On obtient donc une unique solution, appelée racine double :

\[ x_0=-\frac{b}{2a}. \]

Lorsque \(\Delta<0\), on aurait :

\[ \left(x+\frac{b}{2a}\right)^2=\frac{\Delta}{4a^2}. \]

Or \(4a^2>0\), donc \(\dfrac{\Delta}{4a^2}<0\). Le membre de gauche est un carré, donc il est toujours positif ou nul : l'égalité est impossible dans \(\mathbb R\).

Il n'y a donc aucune solution réelle.

À retenir : \(\Delta>0\) : deux solutions réelles ; \(\Delta=0\) : une solution réelle double ; \(\Delta<0\) : aucune solution réelle.
Calculer \(\Delta\) pour \(2x^2-5x-3=0\).
4 · Somme et produit

Somme et produit des deux racines

Si \(f(x)=ax^2+bx+c\) possède deux racines \(x_1,x_2\), alors :

\[x_1+x_2=\frac{-b}{a}\qquad\text{et}\qquad x_1x_2=\frac{c}{a}\]
Réflexe : lorsqu'une racine est évidente, ces relations peuvent éviter de calculer le discriminant.
On sait que 2 est une racine de \(x^2-7x+10\). Quelle est l'autre racine, sans calculer \(\Delta\) ?
Trouver deux nombres connaissant leur somme et leur produit

Si \(x_1+x_2=S\) et \(x_1x_2=P\), alors \(x_1\) et \(x_2\) sont les racines de :

\[x^2-Sx+P=0\]

Exemple : on cherche deux nombres \(x_1\) et \(x_2\) dont la somme vaut \(S=5\) et le produit \(P=-24\). On étudie donc :

\[x^2-5x-24=0.\]
\[ \Delta=(-5)^2-4\times1\times(-24)=25+96=121=11^2. \]

Le discriminant est un carré parfait : le calcul se poursuit donc exactement, sans calculatrice.

\[ x_1=\frac{5-11}{2}=-3 \qquad\text{et}\qquad x_2=\frac{5+11}{2}=8. \]

On vérifie bien :

\[ -3+8=5 \qquad\text{et}\qquad (-3)\times8=-24. \]

🎲 Les deux nombres mystères

Je pense à deux nombres entiers. Je te donne seulement leur somme et leur produit. Retrouve-les.

Somme : Produit :
5 · Signe

Signe de \(f(x)=ax^2+bx+c\)

Le signe d'un trinôme se lit à partir de ses racines et du signe de \(a\).

Δ < 0

Aucune racine. Le trinôme garde le signe de \(a\) sur \(\mathbb R\).

Δ = 0

Une racine double. Le trinôme garde le signe de \(a\) et s'annule une fois.

Δ > 0

Deux racines. Le trinôme est du signe de \(a\) à l'extérieur et du signe opposé entre les racines.

a > 0 : parabole à l'endroit.
Positive à l'extérieur des racines, négative entre elles.
a < 0 : parabole à l'envers.
Négative à l'extérieur des racines, positive entre elles.
Lecture graphique : \(f(x)>0\) lorsque la parabole est au-dessus de l'axe des abscisses ; \(f(x)<0\) lorsqu'elle est en dessous.
Un trinôme a \(a>0\) et pour racines \(-2\) et \(3\). Résoudre \(f(x)\leq0\).
🎯 Bilan

Vérifie les idées essentielles

Cinq questions mélangées. À toi de reconnaître la bonne méthode.