Fonctions : calculer l’image d’un nombre

Sommaire

 Ensemble de définition des fonctions de référence

Cas des fonctions affines

Par exemple f(x)=2x-4 

Représentation graphique

Représentation tableur

Représentation algébrique

Il semble qu’on peut toujours déterminer graphiquement l’image d’un nombre à l’aide de la courbe ci-dessus.

Il semble qu’il n’y aura jamais de message d’erreur dans la deuxième colonne.

f(x)=2x-4

Pour calculer l’image d’un nombre a, je remplace tous les x par ce nombre a dans f(x)=2x-4  et je calcule en respectant la priorité des opérations.

Ici on multiplie par 2 puis on ajoute -4.

Quelque soit le nombre réel x, le calcul est toujours possible.

La fonctionf  est définie sur R.

 la fonction carré

représentation graphique

représentation tableur

représentation algébrique

Il semble que  pour tout nombre réel x, on peut construire son image par la courbe ci-dessus

Il semble qu’il n’y aura jamais de message d’erreur dans la deuxième colonne.

f(x)=x^{2}

Pour calculer l’image d’un nombre a , je remplace tous les x par a dans

f(x)=x^{2}

 

Quelque soit le nombre réel x , le calcul est toujours possible.

La fonction carré est définie sur R.

la fonction cube

représentation graphique

représentation tableur

représentation algébrique

Il semble que  pour tout nombre réel x, on peut construire son image par la courbe ci-dessus

Il semble qu’il n’y aura jamais de message d’erreur dans la deuxième colonne.

f(x)=x^{3}

Pour calculer l’image d’un nombre a , je remplace tous les x par a dans

f(x)=x^{3}

 

Quelque soit le nombre réel x , le calcul est toujours possible.

La fonction cube est définie sur R.

la fonction inverse

représentation graphique

représentation tableur

représentation algébrique

Il semble que  pour tout nombre réel x non nul, on peut construire son image par la courbe ci-dessus.

Il y a un message d’erreur pour x=0.

f(x)=\frac{1}{x}

Pour calculer l’image d’un nombre a  je remplace tous les x par a dans

f(x)=\frac{1}{x}

Quelque soit le nombre réel non nul x , le calcul est toujours possible.

En revanche on ne peut pas calculer l’image de 0

La fonction inverse est définie sur l’ensemble des réels non nuls noté R^{*}. On peut aussi utiliser la notation intervalle : ]-\infty;0[\cup]0;+\infty[.

 fonction racine carrée

représentation graphique

représentation tableur

représentation algébrique

2. représentation algébrique(1)1e

Il semble qu’on ne peut construire que les images des nombres positifs par la courbe ci-dessous.   

Il semble que les nombres négatifs n’ont pas d’image.

f(x)=\sqrt{x}

Pour calculer l’image d’un nombre a , je remplace tous les x par a dans

f(x)=\sqrt{x}

 Le calcul n’est possible que pour les nombres réels x positifs.

La fonction racine carrée est définie sur [0;+\infty[.

Ensemble de définition d’une fonction

 On convient que l’ensemble de définition d’une fonction f est l’ensemble des nombres réels x pour lesquels on peut calculer f(x) .

Remarque: en classe de seconde, l’ensemble sur lequel est définie la fonction f est généralement donné dans l’énoncé.

Calculer l’image d’un nombre

METHODE: Pour calculer l’image d’un nombre a , je remplace tous les x par a dans f(x)=…. Puis j’effectue la séquence de calculs en respectant la priorité des opérations.

Exercice n°1 

soit f(x)=2(x-1)^{2}+3 définie sur R.

                        Calculer f(1) , f(0) ,f(-1) etf(\frac{1}{3}) 

Exercice n°2 

soit f(x)=3x-2 définie sur R.

                        Calculer f(\frac{1}{3}) , f(0) et f(-2)  

Exercice n°3

 soit f(x)=(x-4)(3x-5) définie sur R.

                        Calculer  f(4) ,   f(\frac{1}{7}) et f(-2)  

Exercice n°4 

soit f(x)=\frac{x-3}{2x-4} définie sur R privé de 2.

                        Calculer f(3) ,   f(\frac{1}{2}) et f(0) 

Exercice n°5 

soit f(x)=x^{2}+2x+1 définie sur R .

                        Calculer f(0) ,   f(\frac{1}{2})f(\sqrt{3}) et f(-1) 

Exercice n°6 

soit f(x)=2\sqrt{x-3}+6 définie sur [3;+\infty[

                        Calculer f(3) ,   f(5)  et f(7) 

Exercice n°7 : soit f(x)=(x-2)^{2}-9 définie sur R.

  1.  Déterminer la forme développée et réduite de  f(x)     

2.  Déterminer la forme factorisée de  f(x)     

3. En utilisant l’une des trois formes suivantes:

(e) f(x)=(x-2)^{2}-9

(d) f(x)=x^{2}-4x-5

(f) f(x)=(x-5)(x+1)

Calculer les images suivantes :  f(0), f(5), f(2), f(\sqrt{5})

Pour calculer f(1): je remplace tous les x par 1 dans f(x)=2(x-1)^{2}+3

f(1)=2(1-1)^{2}+3

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses

f(1)=2(0)^{2}+3

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(1)={2}\times{0}+3

On effectue ensuite la multiplication

f(1)=0+3

Et enfin l’addition

f(1)=3

Pour calculer f(0): je remplace tous les x par 0 dans f(x)=2(x-1)^{2}+3

f(0)=2(0-1)^{2}+3

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses

f(0)=2(-1)^{2}+3

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(0)={2}\times{1}+3

On effectue ensuite la multiplication

f(0)=2+3

Et enfin l’addition

f(0)=5

Pour calculer f(-1): je remplace tous les x par -1 dans f(x)=2(x-1)^{2}+3

f(-1)=2(-1-1)^{2}+3

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses

f(-1)=2(-2)^{2}+3

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(-1)={2}\times{4}+3

On effectue ensuite la multiplication

f(-1)=8+3

Et enfin l’addition

f(-1)=11

Pour calculer f(\frac{1}{3}): je remplace tous les x par \frac{1}{3} dans f(x)=2(x-1)^{2}+3

f(\frac{1}{3})=2(\frac{1}{3}-1)^{2}+3

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Pour calculer \frac{1}{3}-1 il faut mettre au même dénominateur, ici 3.

f(\frac{1}{3})=2(\frac{1}{3}-{1}\times\frac{3}{3})^{2}+3\\f(\frac{1}{3})=2(\frac{1}{3}-\frac{3}{3})^{2}+3\\f(\frac{1}{3})=2(-\frac{2}{3})^{2}+3

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(\frac{1}{3})={2}\times{\frac{4}{9}}+3

On effectue ensuite la multiplication

f(\frac{1}{3})=\frac{8}{9}+3

Et enfin l’addition. Pour calculer \frac{8}{9}+3 , il faut mettre au même dénominateur, ici 9.

f(\frac{1}{3})=\frac{8}{9}+{3}\times{\frac{9}{9}}\\f(\frac{1}{3})=\frac{8}{9}+\frac{27}{9}\\f(\frac{1}{3})=\frac{35}{9}

Pour calculer f(\frac{1}{3}): je remplace tous les x par \frac{1}{3} dans f(x)=3x-2

f(\frac{1}{3})={3}\times{\frac{1}{3}}-2

On effectue ensuite la multiplication

f(\frac{1}{3})=1-2

Et enfin la soustraction

f(\frac{1}{3})=-1

Pour calculer f(0): je remplace tous les x par 0 dans f(x)=3x-2

f(0)={3}\times{0}-2

On effectue ensuite la multiplication

f(0)=0-2

Et enfin la soustraction

f(0)=-2

Pour calculer f(-2): je remplace tous les x par -2 dans f(x)=3x-2

f(-2)={3}\times{(-2)}-2

On effectue ensuite la multiplication

f(-2)=-6-2

Et enfin la soustraction

f(-2)=-8

Pour calculer f(4): je remplace tous les x par 4 dans f(x)=(x-4)(3x-5)

f(4)=(4-4)({3}\times{4}-5)

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Et dans la deuxième parenthèse, on effectue d’abord le produit.

f(4)=(0)(12-5)

on effectue ensuite la différence dans la deuxième parenthèse.

f(4)={0}\times{7}

Pour finir, on effectue le produit

f(4)=0

Pour calculer f(\frac{1}{7}): je remplace tous les x par \frac{1}{7} dans f(x)=(x-4)(3x-5)

f(\frac{1}{7})=(\frac{1}{7}-4)({3}\times{\frac{1}{7}}-5)

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. La différence pour la première parenthèse en utilisant un dénominateur commun, ici 7. Le produit pour la seconde.

f(\frac{1}{7})=(\frac{1}{7}-{4}\times{\frac{7}{7}})(\frac{3}{7}-5)

On effectue la différence dans la deuxième parenthèse en utilisant un dénominateur commun, ici 7.

f(\frac{1}{7})=(\frac{1}{7}-\frac{28}{7})(\frac{3}{7}-{5}\times{\frac{7}{7}})\\f(\frac{1}{7})=(-\frac{27}{7})(\frac{3}{7}-\frac{35}{7})\\f(\frac{1}{7})=(-\frac{27}{7})(-\frac{32}{7})\\f(\frac{1}{7})=(-\frac{27}{7})(-\frac{32}{7})

On effectue le produit

f(\frac{1}{7})=\frac{864}{49}

 

 

Pour calculer f(-2): je remplace tous les x par -2 dans f(x)=(x-4)(3x-5)

f(-2)=(-2-4)({3}\times{(-2)}-5)

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Et dans la deuxième parenthèse, on effectue d’abord le produit.

f(-2)=(-6)(-6-5)

on effectue ensuite la différence dans la deuxième parenthèse.

f(-2)={(-6)}\times{(-11)}

Pour finir, on effectue le produit

f(-2)=66

Pour calculer f(3): je remplace tous les x par 3 dans f(x)=\frac{x-3}{2x-4}

f(3)=\frac{3-3}{{2}\times{3}-4}

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Ici les parenthèses sont invisibles, elles entourent le numérateur et le dénominateur.

f(3)=\frac{0}{6-4}\\f(3)=\frac{0}{2}\\f(3)=0

Pour calculer f(\frac{1}{2}): je remplace tous les x par \frac{1}{2} dans f(x)=\frac{x-3}{2x-4}

f(\frac{1}{2})=\frac{\frac{1}{2}-3}{{2}\times{\frac{1}{2}}-4}

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Ici les parenthèses sont invisibles, elles entourent le numérateur et le dénominateur.

Pour calculer \frac{1}{2}-3, on doit tout mettre au même dénominateur, ici 2.

Pour calculer {2}\times{\frac{1}{2}}-4, on effectue d’abord le produit puis on met au même dénominateur ici, 2.

f(\frac{1}{2})=\frac{\frac{1}{2}-{3}\times{\frac{2}{2}}}{1-4}

f(\frac{1}{2})=\frac{\frac{1}{2}-\frac{6}{2}}{-3}

f(\frac{1}{2})=\frac{-\frac{5}{2}}{-3}

Pour diviser les deux fractions, on utilise la règle suivante : \frac{\frac{a}{b}}{c}={\frac{a}{b}}\times{\frac{1}{c}}

f(\frac{1}{2})={-\frac{5}{2}}\times{-\frac{1}{3}}

f(\frac{1}{2})=\frac{5}{6}

Pour calculer f(0): je remplace tous les x par 0 dans f(x)=\frac{x-3}{2x-4}

f(0)=\frac{0-3}{{2}\times{0}-4}

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses. Ici les parenthèses sont invisibles, elles entourent le numérateur et le dénominateur.

f(0)=\frac{-3}{-4}\\f(0)=\frac{3}{4}

Pour calculer f(0): je remplace tous les x par 0 dans f(x)=x^{2}+2x+1

f(0)=0^{2}+{2}\times{0}+1

On effectue  les puissances ici, le carré

f(0)=0+{2}\times{0}+1

On effectue ensuite la multiplication

f(0)=0+1

Et enfin l’addition

f(0)=1

Pour calculer f(\frac{1}{2}): je remplace tous les x par \frac{1}{2} dans f(x)=x^{2}+2x+1

f(\frac{1}{2})=(\frac{1}{2})^{2}+{2}\times{\frac{1}{2}}+1

On effectue  les puissances ici, le carré

f(\frac{1}{2})=\frac{1}{4}+{2}\times{\frac{1}{2}}+1

On effectue ensuite la multiplication

f(\frac{1}{2})=\frac{1}{4}+1+1

Et enfin l’addition. On ajoute 1+1

f(\frac{1}{2})=\frac{1}{4}+2

Puis on met au même dénominateur, ici 4.

f(\frac{1}{2})=\frac{1}{4}+{2}\times{\frac{4}{4}}\\f(\frac{1}{2})=\frac{1}{4}+\frac{8}{4}\\f(\frac{1}{2})=\frac{9}{4}

Pour calculer f(\sqrt{3}): je remplace tous les x par \sqrt{3} dans f(x)=x^{2}+2x+1

f(\sqrt{3})=\sqrt{3}^{2}+{2}\times{\sqrt{3}}+1

On effectue  les puissances ici, le carré

f(\sqrt{3})=3+{2}\times{\sqrt{3}}+1

On effectue ensuite la multiplication

f(\sqrt{3})=3+2\sqrt{3}+1

Et enfin l’addition

f(\sqrt{3})=2\sqrt{3}+4

Pour calculer f(-1): je remplace tous les x par -1 dans f(x)=x^{2}+2x+1

f(-1)=(-1)^{2}+{2}\times{(-1)}+1

On effectue  les puissances ici, le carré

f(-1)=1+{2}\times{(-1)}+1

On effectue ensuite la multiplication

f(-1)=1-2+1

Et enfin l’addition

f(-1)=0

Pour calculer f(3): je remplace tous les x par 3 dans f(x)=2\sqrt{x-3}+6

f(3)=2\sqrt{3-3}+6

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses, pour calculer \sqrt{3-3}, il faut faire comme si on avait \sqrt{(3-3)}

f(3)=2\sqrt{0}+6

On effectue ensuite les puissances ici, la racine carré

f(3)={2}\times{0}+6

On effectue ensuite la multiplication

f(3)=0+6

Et enfin l’addition

f(3)=6

Pour calculer f(5): je remplace tous les x par 5 dans f(x)=2\sqrt{x-3}+6

f(5)=2\sqrt{5-3}+6

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses, pour calculer \sqrt{5-3}, il faut faire comme si on avait \sqrt{(5-3)}

f(5)=2\sqrt{2}+6

Le calcul est terminé. 

 

Pour calculer f(7): je remplace tous les x par 7 dans f(x)=2\sqrt{x-3}+6

f(7)=2\sqrt{7-3}+6

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses, pour calculer \sqrt{7-3}, il faut faire comme si on avait \sqrt{(7-3)}

f(7)=2\sqrt{4}+6

On effectue ensuite les puissances ici, la racine carré

f(7)={2}\times{2}+6

On effectue ensuite la multiplication

f(7)=4+6

Et enfin l’addition

f(7)=10

Pour obtenir la forme développée et réduite de f(x)\\f(x)=(x-2)^{2}-9

On ne peut rien réduire dans les parenthèses, on commence par les puissances. Il faut d’abord développer (x-2]^{2}

J’écris a=x donc a^{2}=x^{2}

J’écris b=2 donc b^{2}=4

Je calcule 2ab en remplaçant a et b par leurs valeurs.

2ab={2}\times{x}\times{2}=4x

Je remplace a , b , a^{2}, 2ab et b^{2} par leurs valeurs dans

(a-b)^{2}=a^{2}-2ab+b^{2}

(x-2)^{2}=x^{2}-4x+4

f(x)=x^{2}-4x+4-9

On réduit en calculant 4-9

f(x)=x^{2}-4x-5

C’est la différence de deux carrés, j’utilise la 3ème identité remarquable.

f(x)=(x-2)^{2}-9

a^{2}=(x-2)^{2} donc a=x-2

b^{2}=9  donc b=3

Puis il suffit de remplacer a, b , a^{2}  et b^{2} par leurs valeurs dans :

a^{2}-b^{2}= (a-b)(a+b)

f(x)= (x-2-3)(x-2+3)\\f(x)= (x-5)(x+1)

Voici les trois formes :

La forme de l’énoncé (e) f(x)=(x-2)^{2}-9

La forme développée (d) f(x)=x^{2}-4x-5

La forme factorisée (f)f(x)=(x-5)(x+1)

La forme adéquate est celle où il y a le moins de calculs ( c’est souvent quand on fait apparaître des zéros).

Pour calculer f(0) on utilise la forme développée.

Certaines valeurs de x annulent l’un des facteurs de la forme factorisée, du coup le produit est nul. C’est le cas pour f(5) 

Quant à la forme de l’énoncé, une valeur de x annule la quantité qui sera élevée au carré. C’est le cas pour f(2) .

Pour calculer l’image d’une racine carré, on utilise la forme développée.

Pour calculer f(0): je remplace tous les x par 0 dans la forme développée f(x)=x^{2}-4x-5

f(0)=0^{2}-{4}\times{0}-5

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(0)=0-{4}\times{0}-5

On effectue ensuite la multiplication

f(0)=0-5

Et enfin l’addition

f(0)=-5

Pour calculer f(5): je remplace tous les x par 5 dans la forme factorisée f(x)=(x-5)(x+1)

f(5)=(5-5)(5+1)

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses

f(5)={0}\times{6}

On effectue ensuite la multiplication

f(5)=0

 

Pour calculer f(2): je remplace tous les x par 2 dans la forme de l’énoncé f(x)=(x-2)^{2}-9

f(2)=(2-2)^{2}-9

La priorité des opérations nous impose de calculer d’abord ce qu’il y a entre parenthèses

f(2)=(0)^{2}-9

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(2)=0-9

Et enfin la différence

f(2)=-9

Pour calculer f(\sqrt{5}): je remplace tous les x par \sqrt{5} dans la forme développée f(x)=x^{2}-4x+5

f(\sqrt{5})=\sqrt{5}^{2}-4\sqrt{5}+5

On effectue ensuite les puissances ici, le carré

f(\sqrt{5})=5-4\sqrt{5}+5

Et enfin l’addition

f(\sqrt{5})=10-4\sqrt{5}

Réponse:

\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}.

Résoudre graphiquement f(x)=1

C’est une autre façon de demander de déterminer graphiquement les antécédents de 1.

Je place 1 sur l’axe des ordonnées, je trace alors la parallèle à l’axe des abscisses passant par 1 toute entière. Je repère les points d’intersection avec la courbe. Les abscisses de ces points sont les antécédents de 1.

Les antécédents sont -2 et 2.

Donc S=\{-2;2\}

Remarque : comme on demande de résoudre une équation, il faut écrire ainsi l’ensemble des solutions.