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Sommaire – Page 1ère Spé-Maths 9. 1. Courbe représentative d'une fonction polynôme du second degré Soient $a$, $b$ et $c$ trois nombres réels données, $a\neq 0$. Définition 1. Soit $P$ une fonction polynôme $P$ du second degré définie sous la forme développée réduite par: $P(x)=ax^2+bx+c$. Alors, la courbe représentative ${\cal P}$ de la fonction $P$ dans un repère orthonormé $\left(O\, ;\vec{\imath}, \vec{\jmath}\right)$ (orthogonal suffit), s'appelle une parabole. Il existe deux cas de paraboles suivant le signe du coefficient $a$ de $x^2$. Ce qui nous donne le théorème suivant: Théorème 8. Soit $P$ une fonction polynôme du second degré définie sur $\R$ sous la forme développée réduite: $P(x)=ax^2+bx+c$, avec $a\neq 0$. La courbe représentative ${\cal P}$ de la fonction $P$ dans un repère orthonormé $\left(O\, ;\vec{\imath}, \vec{\jmath} \right)$ est une parabole ayant deux branches et un sommet $S(\alpha; \beta)$ $\bullet$ $\alpha=\dfrac{-b}{2a}$ et $\beta=P(\alpha)$; $\bullet$ La droite (parallèle à l'axe des ordonnées) d'équation $x=\alpha$ est un axe de symétrie de la parabole; $\bullet$ Si $a>0$, la parabole dirige ses branches vers le haut $\smile$; c'est-à-dire vers les $y$ positifs.

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Nous allons ici étudier un type de fonctions liées à la fonction carrée. 1. Fonction polynôme de degré 2 Une fonction (polynôme) du second degré est une fonction qui peut s'écrire sous la forme, avec a un réel non nul, b et c deux réels. Remarque Une fonction du second degré peut s'écrire sous plusieurs formes. On appelle forme développée la forme. La forme est la forme factorisée. 2. Représentation graphique a. Cas général On appelle parabole la courbe représentative d'une fonction du second degré. La parabole a pour équation, avec a un réel non nul, b et L'allure de la parabole d'équation dépend du signe de a: Moyen mnémotechnique: lorsqu'on est positif, on sourit, alors que lorsqu'on est négatif, on fait la moue. Le sommet S de la parabole est le point de la parabole d'abscisse. Exemple 1: cas où On va étudier la fonction f définie sur l'intervalle [-1; 4] par. Ici. Un tableau de valeurs obtenu avec la calculatrice est: x –1 0 1 2 3 4 f(x) 5 D'après ce tableau on peut lire que. Sur le graphique ci-dessous, on lit les coordonnées du curseur X = 1, 5 et Y = –1, 25.

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3. Signe d'un polynôme du second degré On peut déterminer le signe d'un polynôme du second degré rapidement à partir de sa forme factorisée, en ayant en tête l'image mentale de sa courbe représentative. a. Cas le plus fréquent: 2 racines distinctes Soit f une fonction polynôme de degré 2 telle qu'il existe 3 réels a, x 1 et x 2 tels que f ( x) = a ( x – x 1)( x – x 2). Il y a 2 possibilités pour la parabole représentant f: Si a > 0 La parabole est tournée vers le haut et coupe l'axe des abscisses en changeant de signe pour x = x 1 et pour x = x 2. On sait ainsi que: f ( x) ≤ 0 pour tout réel x dans [ x 1, x 2] f ( x) ≥ 0 pour tout réel x dans]–∞; x 1] ∪ [ x 2; +∞[ Résoudre 3( x + 4)( x – 5) < 0: On reconnait la forme factorisée d'un polynôme de degré 2 avec a = 3. a > 0 donc la parabole est tournée vers le haut, avec x 2 = –4 et x 1 = 5. L'ensemble solution de l'inéquation est donc [–4; 5]. Si a < 0 La parabole est tournée vers le bas et coupe l'axe des abscisses en changeant de signe pou x = x 1 Résoudre –3( x + 4)( x – 5) < 0: On reconnaît la forme factorisée d'un polynôme de degré 2 avec a = –3.

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Par conséquent, la courbe représentative d'une fonction polynôme du type est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées du repère. On a vu au paragraphe précédent que le sommet S d'une parabole d'équation était le point de la parabole d'abscisse. Ici, comme b = 0, le sommet S de la parabole a pour abscisse. et pour ordonnée. Le sommet de la parabole est donc le point O (0; 0). Exemple Soit f ( x) = 0, 2 x 2. On peut dresser un tableau de valeurs de f: f ( x) 1, 8 0, 8 0, 2 puis, placer les points de coordonnées ( x; f ( x)) dans un repère et enfin, tracer la courbe passant par ces points: c. Cas particulier lorsque c = 0 type. La courbe représentative d'une fonction du type est la même que celle de la fonction mais « décalée » vers le haut ou vers le bas en fonction de la valeur de b. Reprenons la fonction f ( x) = 0, 2 x 3 de l'exemple précédent, et considérons les fonctions g et h définies par g ( x) = 0, 2 x 2 + 2 et h ( x) = 0, 2 x 2 – 3. Visualisons leur représentation graphique dans un même repère: On remarque que, par rapport à la courbe de f, la courbe de g est « décalée » de 2 vers le haut ( b = 2) et que celle de h est « décalée » de 3 vers le bas ( b = –3).

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Alors: $\quad\bullet$ Si $a>0$, alors la fonction $P$ est strictement décroissante sur $]-\infty; \alpha]$ et strictement croissante sur $[\alpha; +\infty[$. Elle admet un minimum égal à $\beta$, atteint en $x=\alpha$. $\quad\bullet$ Si $a>0$, alors la fonction $P$ est strictement croissante sur $]-\infty; \alpha]$ et strictement décroissante sur $[\alpha; +\infty[$. Elle admet un maximum égal à $\beta$, atteint en $x=\alpha$. Tableaux de variations pour $a>0$ et $a<0$: 9. 2 Exemples Exercice résolu n°1. On considère les fonctions suivantes: $f(x)=2 x^2+5 x -3$; $\quad$ a) Déterminer le sommet de la parabole; $\quad$ b) Dresser le tableau de variation; $\quad$ c) Construire la courbe représentative $\cal P$. Corrigé. 1°) On considère la fonction polynôme suivante: $f(x)=2 x^2+5 x -3$. On commence par identifier les coefficients: $a=2$, $b=5$ et $c=-3$. a) Recherche du sommet de la parabole ${\cal P}$. Je calcule $\alpha = \dfrac{-b}{2a}$. $\alpha = \dfrac{-5}{2\times 2}$. D'où $\alpha = \dfrac{-5}{4}$.

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L'étude des polynômes n'est pas une discipline récente des mathématiques: déjà le mathématicien grec Diophante (II e siècle avant J. -C. ) s'intéressait à l'étude d'équations polynomiales quadratiques; puis Al-Khwarizmi (IX e siècle) en donne une méthode de résolution. Une question fondamentale en algèbre est de savoir si une équation polynomiale admet toujours une solution. Un théorème très célèbre, le théorème de d'Alembert-Gauss, répond à cette question par l'affirmative, à condition de considérer les solutions dans un ensemble plus grand que R R, les nombres complexes. Mais peut-on toujours calculer ces solutions à l'aide d'opérations simples (on parle de résolution « par radicaux »)? Des méthodes de résolution existent pour les équations de degré 2 2 (vues dans ce cours), de degré 3 3 (méthode de Cardan-Tartaglia), ou de degré 4 4 (méthode de Ferrari). Mais cela est impossible en général pour les équations de degré au moins 5 5. Ce résultat a été prouvé en partie par Abel puis généralisé par Galois au XIX e siècle.

Un exemple d'équation de degré 5 5 non résoluble par radicaux est x 5 − 3 x − 1 = 0 x^5-3x-1 = 0.

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