Etude de  f(x) = x² - 2.x - 3

Avant de nous intéresser à l'étude des fonctions trinomiales en général, nous allons nous intéresser à quelques cas particuliers.
Premier de ces cas particuliers, la fonction f définie par :

f(x) = x2 - 2.x - 3
Cette fonction f est bien une fonction trinomiale de la forme a.x2 + b.x + c.
Ici,   a = 1     b = -2 et   c = -3.

 

Ensemble de définition de cette fonction f.
Celui-ci n'étant pas fourni, nous devons le déterminer. La question que nous devons nous poser est :

Quels sont les réels x qui ont une image par la fonction f ?
La réponse à cette question est quasi évidente : tous !
Ainsi :
Df = R

Donc l'étude de la fonction se fera sur l'intervalle ]-¥ ; +¥[.

 

Courbe représentative.
La courbe représentative de la fonction f est la courbe d'équation   y = x2 - 2.x - 3. C'est une parabole.


Graphiqument, on constate que la courbe est décroissante sur l'intervalle ]-¥ ; 1] et croissante sur l'intervalle [1 ; +¥[.
On remarque aussi que 0 semble avoir deux antécédents par la fonction f.
Tout cela sera démontrer par la suite.

 

Variations de la fonction f.
Soient x et y deux réels tels que   x < y.
Comme à l'
habitude, notre objectif est de connaître le signe de la différence   f(y) - f(x) dans certains cas précis.
En préalable à tout cela, il faut essayer d'exprimer cette différence sous la forme d'un produit.

f(y) - f(x)2 = (y2 - 2.y - 3) - (x2 - 2.x - 3)
= y2 - 2.y - 3 - x2 + 2.x + 3
= y2 - x2 - 2.y + 2.x
= (y - x).(y + x) - 2.(y - x)
= (y - x) . [(y + x) - 2]
= (y - x) . (y + x - 2).
Cette différence peut donc s'exprimer sous la forme d'un produit. A présent, nous pouvons commencer la manoeuvre.
Comme y est plus grand que x alors le facteur   y - x   est positif.
De plus :
On résume toutes ces variations par le tableau suivant :
Pas trop compliqué le tableau !

Conséquence : A la lecture de son tableau de variation, on peut dire f admet un minimum en x = 1. Il vaut -4.

 

Antécédents de 0 par cette fonction f.
Déterminer les antécédents de 0 par la fonction f permet d'aborder le délicat problème de la résolution d'équations du second degré (celles en x2).
Lorsque nous étudierons le cas général, nous mettrons sur pied un mécanisme permettant la résolution d'équations de la forme   a.x2 + b.x + c = 0.
En attendant ce magnifique instant, voyons comment il est possible de faire autrement !

Pour trouver les antécédents de 0, nous devons résoudre l'équation   f(x) = 0.
Ce genre d'équation du second degré se résout sans problème mais avec quelques astuces. Le fondement de notre manoeuvre est la factorisation d'une expression de second degré.
D'après sa courbe, la fonction f doit donner à 0 deux antécédents. Voyons par le calcul ce qu'il en est.

f(x) = 02 équivaut à   x2 - 2.x - 3 = 0
équivaut à   x2 - 2.x + 1 - 1 - 3 = 0
équivaut à   (x2 - 2.x + 1) - 1 - 3 = 0
équivaut à   (x - 1)2 - 1 - 3 = 0
équivaut à   (x - 1)2 - 4 = 0
équivaut à   (x - 1)2 - (2)2 = 0
équivaut à   [(x - 1) + (2)] . [(x - 1) - (2)] = 0
équivaut à   [x + 1] . [x - 3] = 0
équivaut à   [x + 1] = 0   ou   [x - 3] = 0
équivaut à   x = -1   ou   x = 3.
Donc les deux antécédents de 0 par la fonction f sont -1 et 3.

 

Signe du trinôme x2 - 2.x - 3.
L'objectif de ce paragraphe est de connaître le signe de f(x) en fonction de x.
Pour parvenir à nos fins, il nous faut déterminer le ou les antécédents de 0 par f.
D'après ce qui vient d'être fait, nous pouvons dire que les deux antécédents de 0 par f sont -1 et 3.
Positionnons -1 et 3 dans le tableau de variation de cette fonction f.

A partir du tableau de variation de la fonction f, on dresse le tableau de signe de f(x).
Donc, en résumé :

Un autre chemin...
Nous aurions pu aussi dresser le tableau de signe de f(x) en utilisant le signe d'un produit.
En effet, on montre que pour tout réel x,

f(x) = (x + 1) . (x - 3)
Il suffit de voir la manière dont ont été déterminés les antécécents de 0
Le tableau de signe de f(x) est donc :
Connaissant le signe des facteurs x + 1 et x - 3, il est facilede connaître le signe de leur produit...


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