+ qu'un profMon espace

Première Spé Maths / Chapitre 4 : Variations et courbes représentatives

Guide de rédaction : variations et courbes représentatives

Ce guide complète le Guide de rédaction général.

Il rassemble, pour le chapitre Variations et courbes représentatives, les dix-sept situations qui reviennent en contrôle et, pour chacune, la rédaction modèle.

Dans ce chapitre, la rédaction consiste surtout à justifier le signe de la dérivée, à dresser le tableau avec ses images et à conclure en contexte.

🎯 Le principe du chapitre

Dans une étude de fonction, un correcteur regarde surtout cinq choses :

  • le domaine et la dérivabilité justifiés ;
  • la dérivée factorisée ;
  • le signe de f′f' justifié (racines, signe de aa, signe des facteurs) ;
  • le tableau de variations avec les images ;
  • la conclusion : variations, extremums, et en contexte l'unité.

1. Les dix-sept situations et leur rédaction modèle

Situation 1 : étudier le signe d'une dérivée du second degré.

« f′(x)=3(x+1)(x−3)f'(x)=3(x+1)(x-3).

Le trinôme x2−2x−3x^2-2x-3 a pour racines −1-1 et 33 et un coefficient a=1>0a=1>0 : il est positif à l'extérieur des racines et négatif entre elles.

Donc f′>0f'>0 sur ]−∞ ;−1[]-\infty\,;-1[, f′<0f'<0 sur ]−1 ;3[]-1\,;3[ et f′>0f'>0 sur ]3 ;+∞[]3\,;+\infty[. »

Situation 2 : dresser un tableau de variations.

« Voir le tableau : ff est strictement croissante sur [−2 ;−1][-2\,;-1], strictement décroissante sur [−1 ;3][-1\,;3], strictement croissante sur [3 ;4][3\,;4], avec f(−2)=0f(-2)=0, f(−1)=7f(-1)=7, f(3)=−25f(3)=-25 et f(4)=−18f(4)=-18. »

💡 Écris les images, pas seulement les flèches.

Situation 3 : montrer qu'une fonction est strictement monotone sur R\R.

« f′(x)=3x2+3f'(x)=3x^2+3. Pour tout réel xx, x2≥0x^2\ge0, donc f′(x)≥3>0f'(x)\ge3>0. Donc ff est strictement croissante sur R\R. »

Situation 4 : trouver les extremums locaux.

« f′f' s'annule en −1-1 en passant de ++ à −- : f(−1)=7f(-1)=7 est un maximum local. f′f' s'annule en 33 en passant de −- à ++ : f(3)=−25f(3)=-25 est un minimum local. »

Situation 5 : montrer que f′(a)=0f'(a)=0 ne donne pas d'extremum.

« g′(x)=3(x−1)2g'(x)=3(x-1)^2 s'annule en 11 mais reste positive de part et d'autre : g′g' ne change pas de signe. Donc gg n'a pas d'extremum en 11. »

Situation 6 : donner l'extremum sur un intervalle fermé.

« Les extremums locaux sont f(−1)=7f(-1)=7 et f(3)=−25f(3)=-25. Les valeurs aux bornes sont f(−2)=0f(-2)=0 et f(4)=−18f(4)=-18. Donc le maximum de ff sur [−2 ;4][-2\,;4] est 77 et son minimum est −25-25. »

⚠️ Compare toujours avec les bornes.

Situation 7 : lire le nombre de solutions de f(x)=kf(x)=k dans un tableau (propriété admise).

« Sur [0 ;1][0\,;1], ff croît de 11 à 55 ; sur [1 ;3][1\,;3], elle décroît de 55 à 11 ; sur [3 ;5][3\,;5], elle croît de 11 à 2121. La valeur 33 est atteinte une fois sur chaque intervalle : l'équation f(x)=3f(x)=3 a 33 solutions. »

Situation 8 : résoudre f(x)=0f(x)=0 avec une racine évidente.

« f(−2)=0f(-2)=0, donc f(x)=(x+2)(x2−5x+1)f(x)=(x+2)(x^2-5x+1). Le discriminant de x2−5x+1x^2-5x+1 vaut 2121. Les solutions sont −2-2 et 5±212\dfrac{5\pm\sqrt{21}}2. »

Situation 9 : étudier la position d'une courbe par rapport à une droite.

« f(x)−(−2)=(x−1)2(x+2)f(x)-(-2)=(x-1)^2(x+2). Sur [−2 ;2][-2\,;2], x+2≥0x+2\ge0 et (x−1)2≥0(x-1)^2\ge0, donc f(x)≥−2f(x)\ge-2. La courbe est au-dessus de la droite, avec deux points communs, en x=−2x=-2 et en x=1x=1. »

💡 On factorise la différence : c'est ce qui rend le signe lisible.

Situation 10 : démontrer une inégalité par les variations.

« f(x)=x+9xf(x)=x+\dfrac9x est décroissante sur ]0 ;3]]0\,;3] et croissante sur [3 ;+∞[[3\,;+\infty[. Son minimum est f(3)=6f(3)=6. Donc, pour tout x>0x>0, x+9x≥6x+\dfrac9x\ge6. »

Situation 11 : déterminer des paramètres avec un extremum.

« f′(x)=3ax2+bf'(x)=3ax^2+b. Un extremum en 11 impose f′(1)=0f'(1)=0, soit 3a+b=03a+b=0. De plus f(1)=−2f(1)=-2, soit a+b=−2a+b=-2. On obtient a=1a=1 et b=−3b=-3. »

💡 Vérifie avec les valeurs trouvées que f′f' change bien de signe.

Situation 12 : résoudre un problème d'optimisation.

« Soit xx le côté découpé, en cm. Les longueurs sont strictement positives : x∈]0 ;7,5[x\in]0\,;7{,}5[ ; on étudie la formule de VV sur [0 ;7,5][0\,;7{,}5] (boîte plate aux bornes). Le volume est V(x)=x(24−2x)(15−2x)V(x)=x(24-2x)(15-2x) et V′(x)=12(x−3)(x−10)V'(x)=12(x-3)(x-10). Le volume est maximal pour x=3x=3 cm : il vaut 486486 cm³. »

⚠️ Conclus avec xx, la grandeur et l'unité.

Situation 13 : dériver un quotient et justifier son signe.

« f′(x)=1−x2(x2+1)2f'(x)=\dfrac{1-x^2}{(x^2+1)^2}. Le dénominateur est strictement positif : f′f' est du signe de 1−x21-x^2, positif entre −1-1 et 11. »

Situation 14 : interpréter un extremum.

« Le coût moyen MM est minimal pour q=20q=20 objets : il vaut alors 3030 € par objet. »

💡 Écris une phrase, avec la quantité et l'unité.

Situation 15 : montrer qu'une fonction est paire ou impaire.

« Le domaine R\R est symétrique par rapport à 00. f(−x)=(−x)4−2(−x)2=x4−2x2=f(x)f(-x)=(-x)^4-2(-x)^2=x^4-2x^2=f(x) pour tout xx : ff est paire, sa courbe est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. »

💡 Vérifie d'abord que le domaine est symétrique, puis calcule f(−x)f(-x) pour tout xx.

Situation 16 : étudier un trinôme.

« f(x)=2x2−8x+3f(x)=2x^2-8x+3 avec a=2>0a=2>0 : ff décroît puis croît. f′(x)=4x−8=4(x−2)f'(x)=4x-8=4(x-2). Le minimum est f(2)=−5f(2)=-5, atteint en x=2x=2. Le sommet de la parabole est S(2 ;−5)S(2\,;-5). »

Situation 17 : appliquer la méthode de Newton.

« f(x)=x2−3f(x)=x^2-3 et f′(x)=2xf'(x)=2x, donc xn+1=xn−xn2−32xnx_{n+1}=x_n-\dfrac{x_n^2-3}{2x_n}. Avec x0=2x_0=2 : x1=74x_1=\dfrac74 puis x2=9756≈1,7321x_2=\dfrac{97}{56}\approx1{,}7321. »

⚠️ Vérifie que f′(xn)≠0f'(x_n)\neq0 et que x0x_0 est proche de la solution (cas favorable).

2. Avant / après sur les variations

a) Le signe de la dérivée.

❌ « f(x)>0f(x)>0 donc ff est croissante. »

✅ « f′(x)>0f'(x)>0 sur II, donc ff est strictement croissante sur II. »

La première étudie le signe de ff, pas celui de f′f'.

b) Un extremum.

❌ « f′(a)=0f'(a)=0 donc ff a un extremum en aa. »

✅ « f′f' s'annule en aa en passant de ++ à −-, donc f(a)f(a) est un maximum local. »

La première est fausse pour f(x)=x3f(x)=x^3 en 00.

c) Un tableau de variations.

❌ Un tableau avec seulement des flèches ↗ et ↘.

✅ Un tableau avec les images : f(−2)=0f(-2)=0, f(−1)=7f(-1)=7, f(3)=−25f(3)=-25, f(4)=−18f(4)=-18.

Sans les images, on ne peut ni lire un extremum ni compter les solutions.

d) Une conclusion d'optimisation.

❌ « x=3x=3. »

✅ « Le volume est maximal pour x=3x=3 cm : la boîte mesure 1818 cm sur 99 cm sur 33 cm et son volume est 486486 cm³. »

La première ne dit ni ce que xx représente, ni la valeur optimale, ni l'unité.

3. Les erreurs de rédaction propres à ce chapitre

  • Étudier le signe de ff au lieu de celui de f′f'.
  • Conclure à un extremum parce que f′(a)=0f'(a)=0, sans changement de signe.
  • Oublier les images dans le tableau de variations.
  • Donner le maximum local sans le comparer aux bornes.
  • Compter les solutions de f(x)=kf(x)=k sans regarder chaque intervalle.
  • Garder une solution hors du domaine d'un problème d'optimisation.
  • Conclure un problème sans unité ni phrase.
  • Conclure à la parité d'une fonction sans vérifier que le domaine est symétrique.
  • Appliquer la méthode de Newton sans vérifier que f′(xn)≠0f'(x_n)\neq0.

4. La check-list du chapitre

  • J'ai précisé le domaine et justifié la dérivabilité.
  • J'ai factorisé la dérivée et justifié son signe.
  • J'ai écrit les images dans le tableau de variations.
  • Pour un extremum, j'ai vérifié que f′f' change de signe et comparé avec les bornes.
  • Pour f(x)=kf(x)=k, j'ai raisonné intervalle par intervalle.
  • Pour un problème, j'ai nommé la variable, vérifié le domaine et conclu avec l'unité.
  • Pour la parité, j'ai vérifié le domaine puis calculé f(−x)f(-x).

😄 Un tableau de variations sans images, c'est une carte routière sans noms de villes : on voit que ça monte et que ça descend, mais on ne sait pas où.

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

Réserver un appel découverte