Fiche 1 : forme canonique, factorisation et variations
Onze exercices pour maîtriser les trois formes d'une fonction polynôme du second degré :
calcul de discriminants ;
forme canonique par complétion du carré ;
factorisation (avec Δ, puis directe) ;
sommet, axe de symétrie, variations, extremum ;
démonstration de la forme canonique ;
fonction polynôme définie par trois points ou par ses racines ;
vrai/faux ;
signe d'une fonction donnée sous forme factorisée ;
taux de variation et fonction dérivée.
Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend d'une bonne copie :
le discriminant est calculé et son signe donné ;
la formule utilisée est citée ;
le résultat est vérifié (développement, valeur particulière) ;
la conclusion est une phrase.
💡 Le modèle de rédaction d'une forme canonique
« f(x)=2x2−12x+7. On factorise 2 dans les termes en x : f(x)=2(x2−6x)+7. Or x2−6x=(x−3)2−9, donc f(x)=2[(x−3)2−9]+7=2(x−3)2−18+7=2(x−3)2−11. Vérification :2(x−3)2−11=2x2−12x+18−11=2x2−12x+7 ✓. »
Complète le carré avec x2+2px=(x+p)2−p2.
Vérifie en développant.
Conclus avec la forme canonique et le sommet.
⚠️ Les pièges classiques
Oublier le facteur a dans la forme canonique ou factorisée.
Se tromper de signe en complétant le carré : x2−6x donne (x−3)2, et non (x+3)2.
Écrire Δ=b2−4ac avec un signe faux quand a ou c est négatif : remplace avec des parenthèses.
😄 Le signe de b est un traître : pour b=−12, −b vaut +12. Dans une forme canonique, c'est pareil : x−3 s'annule en +3. Les parenthèses sont tes ceintures de sécurité.
Exercice 1 (★) : calculer des discriminants
Calculer le discriminant de chaque fonction polynôme du second degré et donner le nombre de racines :
a.2x2−5x+2
b.x2+2x+5
c.4x2−12x+9
d.−x2+4x+5
✏️ Correction de l'exercice 1
On utilise Δ=b2−4ac.
Cas a
a=2, b=−5, c=2.
Δ=(−5)2−4×2×2=25−16
✅ Δ=9>0 : deux racines
Cas b
a=1, b=2, c=5.
Δ=22−4×1×5=4−20
✅ Δ=−16<0 : aucune racine
Cas c
a=4, b=−12, c=9.
Δ=(−12)2−4×4×9=144−144
✅ Δ=0 : une racine double
Cas d
a=−1, b=4, c=5.
Δ=42−4×(−1)×5=16+20
✅ Δ=36>0 : deux racines
Exercice 2 (★★) : forme canonique
Mettre sous forme canonique par complétion du carré :
1.f(x)=2x2−12x+7
2.g(x)=−x2+4x+1
3.h(x)=3x2+6x−9
4.k(x)=x2+5x+1
✏️ Correction de l'exercice 2
Méthode
On factorise a dans les termes en x2 et en x, puis on utilise x2+2px=(x+p)2−p2.
Question 1
f(x)=2(x2−6x)+7=2[(x−3)2−9]+7=2(x−3)2−18+7.
✅ f(x)=2(x−3)2−11
Question 2
g(x)=−(x2−4x)+1=−[(x−2)2−4]+1=−(x−2)2+4+1.
✅ g(x)=−(x−2)2+5
Question 3
h(x)=3(x2+2x)−9=3[(x+1)2−1]−9=3(x+1)2−3−9.
✅ h(x)=3(x+1)2−12
Question 4
x2+5x=(x+25)2−425, donc k(x)=(x+25)2−425+1=(x+25)2−421.
✅ k(x)=(x+25)2−421
Vérification pour k :(x+25)2−421=x2+5x+425−421=x2+5x+1 ✓
Exercice 3 (★★) : factoriser
Factoriser :
1.x2−5x+6
2.2x2−x−3
3.9x2−12x+4
4.x2−4x−12
5.x2+1
✏️ Correction de l'exercice 3
Question 1
Δ=25−24=1>0. Racines : x1=25−1=2 et x2=25+1=3.
✅ x2−5x+6=(x−2)(x−3)
Question 2
Δ=1+24=25>0. Racines : x1=41−5=−1 et x2=41+5=23.
2x2−x−3=2(x+1)(x−23)
✅ 2x2−x−3=(x+1)(2x−3)
Question 3
Δ=144−144=0. Racine double : x0=1812=32.
9x2−12x+4=9(x−32)2
✅ 9x2−12x+4=(3x−2)2
Question 4
Δ=16+48=64>0. Racines : x1=24−8=−2 et x2=24+8=6.
✅ x2−4x−12=(x+2)(x−6)
Question 5
Δ=0−4=−4<0.
❌ x2+1 ne se factorise pas dans R.
Exercice 4 (★★) : sommet et variations
Pour chaque fonction, déterminer la forme canonique, le sommet de la parabole, l'axe de symétrie, les variations et l'extremum :
Exercice 6 (★★) : trouver une fonction polynôme du second degré
Une parabole d'équation y=ax2+bx+c passe par A(0;1), B(1;0) et C(2;3). Déterminer a, b, c, puis factoriser la fonction.
✏️ Correction de l'exercice 6
A∈ parabole : c=1.
B∈ parabole : a+b+c=0, donc a+b=−1.
C∈ parabole : 4a+2b+c=3, donc 4a+2b=2, soit 2a+b=1.
En soustrayant : (2a+b)−(a+b)=1−(−1), donc a=2. Puis b=−1−2=−3.
✅ f(x)=2x2−3x+1
Vérification avec C :2×4−6+1=3 ✓
Factorisation :1 est racine (2−3+1=0) et l'autre racine est ac=21.
✅ f(x)=2(x−1)(x−21)=(x−1)(2x−1)
Exercice 7 (★★) : vrai ou faux
Justifier chaque réponse :
1. Une fonction polynôme du second degré de discriminant nul n'a pas de racine.
2. Si ac<0, alors la fonction ax2+bx+c a deux racines distinctes.
3. La parabole de f(x)=ax2+bx+c admet pour axe de symétrie la droite x=−2ab.
4. Si a<0, le sommet de la parabole est un minimum.
✏️ Correction de l'exercice 7
Affirmation 1
Si Δ=0, l'équation admet une racine double−2ab.
❌ Faux.
Affirmation 2
Si ac<0, alors −4ac>0 et Δ=b2−4ac>0.
✅ Vrai.
Affirmation 3
La forme canonique a(x−α)2+β est symétrique par rapport à x=α=−2ab.
✅ Vrai.
Affirmation 4
Si a<0, la parabole est « tournée vers le bas » : le sommet est un maximum.
❌ Faux.
Exercice 8 (★★) : un polynôme qui s'annule en deux réels
1. Déterminer le polynôme p du second degré tel que p(1)=0, p(5)=0 et p(0)=10.
2. Déterminer le polynôme q du second degré dont les racines sont −2 et 3 et dont le sommet de la parabole a pour ordonnée −25.
3. (Approfondissement du programme.) Déterminer deux nombres dont la somme vaut 7 et le produit vaut 10.
✏️ Correction de l'exercice 8
Question 1
p s'annule en 1 et 5, donc p(x)=a(x−1)(x−5) avec a=0.
p(0)=a×(−1)×(−5)=5a=10, donc a=2.
p(x)=2(x2−6x+5)=2x2−12x+10.
✅ p(x)=2x2−12x+10. On vérifie : p(1)=2−12+10=0 et p(5)=50−60+10=0.
Question 2
q(x)=a(x+2)(x−3). L'abscisse du sommet est la moyenne des racines : 2−2+3=21.
q(21)=a×25×(−25)=−425a=−25, donc a=4.
✅ q(x)=4(x+2)(x−3)=4x2−4x−24.
Question 3
Ces nombres sont les racines de x2−Sx+P=x2−7x+10 avec S=7 et P=10.
Δ=49−40=9 : x=27−3=2 ou x=27+3=5.
✅ Les deux nombres sont 2 et 5.
Exercice 9 (★★) : factorisation directe
Factoriser sans calculer Δ, en indiquant la méthode utilisée :
1.5x2−10x
2.x2−49
3.9x2−16
4.x2−10x+25
5.x2−7x+12
6.x2+2x−15
7.3x2−5x+2
8.x2−5
✏️ Correction de l'exercice 9
Question 1
Facteur commun 5x (c=0).
✅ 5x2−10x=5x(x−2)
Question 2
Différence de deux carrés (b=0) : x2−72.
✅ x2−49=(x−7)(x+7)
Question 3
9x2−16=(3x)2−42.
✅ 9x2−16=(3x−4)(3x+4)
Question 4
Identité remarquable : x2−2×5x+52.
✅ x2−10x+25=(x−5)2
Question 5
On cherche deux entiers de somme 7 et de produit 12 : 3 et 4.
✅ x2−7x+12=(x−3)(x−4)
Question 6
On cherche deux entiers de somme −2 et de produit −15 : −5 et 3. Les racines sont donc 5 et −3.
✅ x2+2x−15=(x−3)(x+5)
Question 7
a+b+c=3−5+2=0 : 1 est racine et l'autre racine est ac=32. Donc 3x2−5x+2=3(x−1)(x−32).
✅ 3x2−5x+2=(x−1)(3x−2)
Vérification : (x−1)(3x−2)=3x2−2x−3x+2=3x2−5x+2 ✓
Question 8
b=0 et 5 est le carré de 5.
✅ x2−5=(x−5)(x+5)
Exercice 10 (★★) : signe d'une fonction donnée sous forme factorisée
Résoudre dans R, sans calculer de discriminant :
1.2(x−1)(x+4)≤0
2.(3−x)(2x+1)>0
3.−3(x+2)(x−5)<0
✏️ Correction de l'exercice 10
Question 1
Les racines sont 1 et −4, rangées dans l'ordre croissant : −4<1. Le coefficient de x2 est a=2>0 : la fonction est négative ou nulle entre les racines.
✅ S=[−4;1]
Question 2
Les facteurs s'annulent en 3 et en −21. Le coefficient de x2 est (−1)×2=−2<0 : la fonction est strictement positive entre les racines.
✅ S=]−21;3[
Contrôle : pour x=0, (3−0)(0+1)=3>0 et 0∈S ✓
Question 3
Les racines sont −2 et 5, et a=−3<0 : la fonction est positive entre les racines, donc strictement négative à l'extérieur.
✅ S=]−∞;−2[∪]5;+∞[
Contrôle : pour x=0, −3×2×(−5)=30>0 et 0∈/S ✓
Exercice 11 (★★) : taux de variation et fonction dérivée
Soit f(x)=−x2+4x+1.
1. Montrer que, pour u=v, le taux de variation v−uf(v)−f(u) vaut −(u+v)+4.
2. En déduire les variations de f.
3. On pose v=u+h avec h=0. Exprimer le taux de variation en fonction de u et de h. Quand h se rapproche de 0, vers quelle valeur tend-il ? Calculer cette valeur pour u=0, u=1 et u=2.
✏️ Correction de l'exercice 11
Question 1
f(v)−f(u)=−(v2−u2)+4(v−u)=(v−u)[−(v+u)+4]. On divise par v−u=0.
✅ v−uf(v)−f(u)=−(u+v)+4
Question 2
Si u<v≤2 : u+v<4, donc −(u+v)+4>0 : f est croissante sur ]−∞;2]. Si 2≤u<v : u+v>4, donc le taux est négatif : f est décroissante sur [2;+∞[.
✅ f est croissante sur ]−∞;2], décroissante sur [2;+∞[, de maximum f(2)=5.
Question 3
Avec v=u+h : −(2u+h)+4=−2u+4−h. Quand h se rapproche de 0, le taux se rapproche de −2u+4. C'est le nombre dérivé de f en u : f′(u)=−2u+4. Par exemple, pour u=1 et h=0,1 : 0,1f(1,1)−f(1)=0,14,19−4=1,9, proche de 2.
✅ f′(0)=4, f′(1)=2, f′(2)=0 : la fonction dérivée f′(x)=−2x+4 s'annule au sommet, en x=2.
🎯 Ce qui peut tomber en contrôle
Le calcul du discriminant et la forme canonique par complétion du carré avec vérification (exercices 1 et 2).
La factorisation, avec ou sans Δ (exercices 3 et 9).
Le sommet, l'axe et les variations (exercice 4).
Une fonction définie par des conditions (exercices 6 et 8).
Le signe d'une forme factorisée (exercice 10).
QCM : vérifie tes acquis
5 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.
Question 1 sur 5
Une fonction polynôme du second degré a pour discriminant Δ=0. Que peut-on affirmer ?
Quand Δ=0, la racine double est −2ab et la fonction s'écrit a(x−x0)2.
Question 2 sur 5
Quelle est la forme canonique de x2−6x+5 ?
On complète le carré : x2−6x=(x−3)2−9, donc x2−6x+5=(x−3)2−9+5=(x−3)2−4. En développant (x−3)2−4, on retrouve x2−6x+5.
Question 3 sur 5
Quel est le sommet de la parabole de f(x)=−2x2+8x−3 ?
On complète le carré : −2(x2−4x)−3=−2[(x−2)2−4]−3=−2(x−2)2+5. Le sommet est (2;5).
Question 4 sur 5
La parabole d'une fonction ax2+bx+c avec a<0 admet, à son sommet :
Avec a<0, la parabole est tournée vers le bas : le sommet est le point le plus haut.
Question 5 sur 5
Quelle est la factorisation de x2−4x−12 ?
Δ=64, les racines sont −2 et 6. Vérification : (x+2)(x−6)=x2−4x−12.
Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.