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1ère · Chapitre 1 · Algèbre

Le second degré

30 exercices corrigés

1 Fonction polynôme du second degré

Définition

Une fonction polynôme du second degré (ou trinôme) est définie sur \(\mathbb{R}\) par \[f(x) = ax^2 + bx + c \qquad \text{avec } a \ne 0\] Sa courbe est une parabole, tournée vers le haut si \(a > 0\), vers le bas si \(a < 0\).

2 Forme canonique et variations

Propriété

Tout trinôme peut s'écrire sous forme canonique \[f(x) = a(x - \alpha)^2 + \beta \qquad \text{avec } \alpha = -\frac{b}{2a} \text{ et } \beta = f(\alpha)\] Le point \(S(\alpha ; \beta)\) est le sommet de la parabole, et la droite d'équation \(x = \alpha\) est son axe de symétrie.

Méthode — obtenir la forme canonique

(on « complète le carré ») : \(f(x) = 2x^2 - 4x + 5 = 2(x^2 - 2x) + 5 = 2\big[(x - 1)^2 - 1\big] + 5 = 2(x - 1)^2 + 3\). Sommet \(S(1 ; 3)\) ; comme \(a = 2 > 0\), le minimum de \(f\) est \(3\), atteint en \(1\).

Variations

Si \(a > 0\), \(f\) est décroissante sur \(]-\infty ; \alpha]\) puis croissante sur \([\alpha ; +\infty[\) (minimum \(\beta\)). Si \(a < 0\), c'est l'inverse (maximum \(\beta\)).

3 Discriminant et racines

Définition

Le discriminant du trinôme est \(\Delta = b^2 - 4ac\). Les racines du trinôme sont les solutions de \(ax^2 + bx + c = 0\).

À retenir
  • si \(\Delta > 0\) : deux racines \(x_1 = \dfrac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}\) et \(x_2 = \dfrac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}\), et \(f(x) = a(x - x_1)(x - x_2)\) ;
  • si \(\Delta = 0\) : une racine double \(x_0 = -\dfrac{b}{2a}\), et \(f(x) = a(x - x_0)^2\) ;
  • si \(\Delta < 0\) : aucune racine réelle, \(f\) ne se factorise pas.
Exemple

\(x^2 - 5x + 6 = 0\). \(\Delta = 25 - 24 = 1 > 0\) : \(x_1 = \dfrac{5 - 1}{2} = 2\) et \(x_2 = \dfrac{5 + 1}{2} = 3\). Donc \(x^2 - 5x + 6 = (x - 2)(x - 3)\).

Somme et produit des racines

Si \(\Delta \geqslant 0\), \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}\) et \(x_1 \times x_2 = \dfrac{c}{a}\). Pratique pour trouver une racine quand on connaît l'autre.

4 Signe du trinôme

−2 −1 1 2 3 4 5 −3 −2 −1 1 2 3 4 5 O S(α ; β) x₁ x₂ + + − a > 0, Δ > 0
Pour a > 0 et Δ > 0 : le trinôme est positif à l'extérieur des racines et négatif entre les racines.
À retenir

Le trinôme \(ax^2 + bx + c\) est du signe de \(a\), sauf entre ses racines (quand elles existent).

\(x\) \(-\infty\) \(x_1\) \(x_2\) \(+\infty\)
\(ax^2 + bx + c\) signe de \(a\) \(0\) signe de \(-a\) \(0\) signe de \(a\)

Si \(\Delta \leqslant 0\), le trinôme est du signe de \(a\) pour tout \(x\) (et s'annule en \(x_0\) si \(\Delta = 0\)).

Méthode — résoudre une inéquation du second degré

On se ramène à « trinôme \(> 0\) » (ou \(<\), \(\leqslant\)…), on calcule \(\Delta\) et les racines, puis on applique la règle des signes.


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