Fiche de cours
Second degré — Formes, équations, signe et paraboles
Fiche de cours
Second degré — Formes, équations, signe et paraboles
Faire les 2kπ
Second degré — Formes, équations, signe et paraboles
Première générale • spécialité mathématiques — 2026–2027
Définition. \(f(x)=ax^2+bx+c\), \(a,b,c\in\mathbb{R}\), \(a\ne0\), est un trinôme défini sur \(\mathbb{R}\). Racine : \(f(r)=0\). Discriminant : \(\Delta=b^2-4ac\).
1 Choisir la bonne forme
Propriété et méthode. Même fonction, usages différents :
Développée \(ax^2+bx+c\) : coefficients; \(f(0)=c\).
Canonique \(a(x-\alpha)^2+\beta\) : sommet et extremum.
Factorisée \(a(x-r)(x-s)\) : racines et signe, si les racines réelles existent.
Méthode – Comparer deux trinômes. Réduire leur différence, vérifier son degré, puis étudier son signe.
Méthode. Compléter un carré dans les cas simples :
Méthode – Sommet et point connus. Écrire la canonique; une image d’abscisse \(t\ne\alpha\) permet de trouver \(a\).
Exemple. \(S(2;-1)\), \(f(0)=3\) : \(4a-1=3\), donc \(a=1\).
2 Lire la parabole et optimiser
Propriété. \(\alpha=-\dfrac b{2a}\), \(\beta=f(\alpha)\). En repère orthogonal, on obtient une parabole de sommet \(S(\alpha;\beta)\) et d’axe \(x=\alpha\).
| \(x\) | \(-\infty\) | \(\alpha\) | \(+\infty\) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| \(a>0\) (minimum) | \(\searrow\) | \(\beta\) | \(\nearrow\) | ||
| \(a<0\) (maximum) | \(\nearrow\) | \(\beta\) | \(\searrow\) |
Sens : \((x-\alpha)^2\ge0\); le signe de \(a\) fixe l’ouverture.
Exemple graphique. \(g(x)=(x-2)^2-1\) sur \(\mathbb{R}\).
Méthode de lecture.
Image de \(4\) : verticale vers la courbe, puis horizontale vers l’axe des ordonnées : \(g(4)=3\).
Antécédents de \(3\) : suivre \(y=3\), puis descendre de chaque intersection : \(x=0\) ou \(4\).
Zéros : \(1\) et \(3\), sur l’axe horizontal.
Valeurs calculées ici; sinon, lecture approchée.
Méthode – Optimiser. Modéliser sur \(D\), utiliser la canonique, tester si \(\alpha\in D\). Sur \([L;U]\), comparer \(f(L)\), \(f(U)\) et \(\beta\) si \(\alpha\in[L;U]\).
Exemple. Rectangle de périmètre \(16\) cm : côtés \(t\) et \(8-t\) (en cm), \(0<t<8\).
3 Résoudre $f(x)=0$
Méthode. Réduire à \(ax^2+bx+c=0\), vérifier \(a\ne0\) et les signes de \(a,b,c\). Tester §4, sinon calculer \(\Delta\). Si \(a=0\), résoudre \(bx+c=0\), pas ces formules.
Théorème – Racines et factorisation sur \(\mathbb{R}\).
Si \(\Delta>0\) : deux racines distinctes
Justification-clé. \(4af(x)=(2ax+b)^2-\Delta\), donc \(f(x)=0\iff(2ax+b)^2=\Delta\) (\(a\ne0\)). Un carré est \(\ge0\) : trois cas. Si \(\Delta>0\), \(2ax+b=\pm\sqrt\Delta\) : soustraire \(b\), diviser par \(2a\).
Exemple. \(2x^2-3x-2=0\) :
4 Factoriser sans tout calculer
Méthode – Repérer une forme simple.
Facteur commun : \(2x^2-6x=2x(x-3)\).
Identité remarquable : \(x^2-9=(x-3)(x+3)\).
Carré isolé : \((x-2)^2=9\iff x-2=\pm3\iff x\in\{-1;5\}\). Si le carré doit être négatif : aucune solution réelle.
Propriété. Si les racines réelles sont \(r,s\) (répétées en cas de racine double), alors
\(x^2-x-6\) : \((-2)+3=1\), \((-2)\times3=-6\), donc \(x^2-x-6=(x+2)(x-3)\).
Méthode – Racine évidente. Vérifier \(f(r)=0\); trouver \(s=-\dfrac ba-r\), même si \(r=0\).
Si \(f(x)=2x^2-2x-4\) : \(f(2)=0\), \(s=1-2=-1\), donc \(f(x)=2(x-2)(x+1)\).
Produit nul. \(UV=0\iff U=0\) ou \(V=0\); ni pour une somme, ni pour \(UV=5\).
5 Étudier le signe
Théorème. Ordonner \(r<s\) : les formules « \(-\) » et « \(+\) » inversent cet ordre si \(a<0\).
\(\Delta>0\) : signe de \(a\) à l’extérieur des racines, signe opposé entre \(r\) et \(s\).
| \(x\) | \(]-\infty;r[\) | \(r\) | \(]r;s[\) | \(s\) | \(]s;+\infty[\) |
|---|---|---|---|---|---|
| \(a>0\) | \(+\) | \(0\) | \(-\) | \(0\) | \(+\) |
| \(a<0\) | \(-\) | \(0\) | \(+\) | \(0\) | \(-\) |
\(\Delta=0\) : signe de \(a\) sauf zéro en \(r\); pas de changement de signe.
\(\Delta<0\) : signe strict de \(a\) sur tout \(\mathbb{R}\).
Repères visuels – Exemples, non preuves.
Plein : \(a=1\); tireté : \(a=-1\). De gauche à droite : \(\pm(x^2-1)\), \(\pm x^2\), \(\pm(x^2+1)\), sur \(\mathbb{R}\).
6 Résoudre une inéquation
Méthode. \(f(x)\le k\iff f(x)-k\le0\) (idem pour \(=,<,>,\ge\)) : étudier le nouveau trinôme \(f-k\). Retenir les intervalles voulus; inclure les zéros seulement pour \(\le\) ou \(\ge\). Recouper avec le domaine.
Exemples. Avec \(g(x)=(x-1)(x-3)\) :
Piège. Diviser par un négatif renverse le sens. Ne pas diviser par une expression de signe inconnu.
7 Construire un trinôme
Caractérisation. Pour \(r,s\) réels distincts, tous les trinômes qui s’y annulent sont
Exemple. Racines \(-1,3\) et \(f(0)=-6\) : \(-3a=-6\), donc \(a=2\) et \(f(x)=2(x+1)(x-3)\).
Pièges. Garder \(a\); tout \(-b\pm\sqrt\Delta\) est divisé par \(2a\). Signe et variations : deux questions différentes.
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