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Fonctions : généralités

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Cours complet

Contenu du cours

Notion de fonction

Une fonction associe à chaque nombre un unique nombre noté . On dit que va de vers . On note . Par exemple, pour , à on associe .

Image et antécédent

Le nombre est l'image de par . Réciproquement, si , alors est un antécédent de par . Un nombre a une seule image, mais peut avoir plusieurs antécédents (ou aucun). Exemple : pour , l'image de est , et a deux antécédents : et .

Ensemble de définition

L'ensemble de définition est l'ensemble de tous les nombres qui possèdent une image par . Certaines valeurs sont interdites : par exemple n'est pas définie en , donc . Pour , on a .

Courbe représentative

La courbe représentative de est l'ensemble des points tels que , avec . Un point appartient à si et seulement si .

Lecture graphique d'une image et d'un antécédent

Pour lire l'image de : on part de sur l'axe des abscisses, on monte (ou descend) jusqu'à la courbe, puis on lit l'ordonnée. Pour lire les antécédents de : on part de sur l'axe des ordonnées, on se déplace horizontalement, et on lit les abscisses des points d'intersection avec la courbe.

Tableau de valeurs

Un tableau de valeurs donne quelques images pour différentes valeurs de . Il permet de placer des points et de tracer une allure de la courbe.

Sens de variation

Sur un intervalle : est croissante si elle conserve l'ordre, c'est-à-dire que si alors (la courbe monte). est décroissante si elle inverse l'ordre, c'est-à-dire que si alors (la courbe descend). est constante si ne change pas (la courbe est horizontale).

Tableau de variations

Le tableau de variations résume le sens de variation de . Les flèches montantes indiquent que croît, les flèches descendantes qu'elle décroît. On y reporte les valeurs de aux bornes des intervalles et aux extremums.

Extremums

Un maximum de sur est la plus grande valeur atteinte par sur ; un minimum est la plus petite. Exemple : si pour tout , et , alors admet un minimum égal à , atteint en .

Résolution graphique d'équations

Résoudre graphiquement revient à chercher les abscisses des points d'intersection de la courbe avec la droite horizontale d'équation . Résoudre revient à chercher les abscisses des points d'intersection des deux courbes.

Résolution graphique d'inéquations

Résoudre revient à repérer les valeurs de pour lesquelles la courbe est au-dessus de la droite . Résoudre revient à repérer les pour lesquels la courbe est en dessous de cette droite.

✍️ Exemples résolus & démonstrations

Exemple 1 — Image, antécédent et ensemble de définition

Énoncé. Soit la fonction définie par . Déterminer l'ensemble de définition de , calculer l'image de par , puis déterminer le ou les antécédents de par .

Solution.

  1. Ensemble de définition. Une fraction n'existe que si son dénominateur est non nul. On résout donc , c'est-à-dire . Ainsi est définie sur , autrement dit .
  2. Image de . Comme , on remplace par : . L'image de par est donc .
  3. Antécédents de . On cherche les réels de tels que , soit . Pour , cela équivaut à .
  4. Résolution. donne , donc . Cette valeur appartient bien à .
  5. Conclusion. Le seul antécédent de par est . (Vérification : .)

Exemple 2 — Lecture graphique : images, antécédents et résolution de

Énoncé. On considère une fonction dont la courbe passe par les points , , et . On suppose que atteint son minimum sur l'intervalle . À l'aide de ces points, lire , déterminer graphiquement les antécédents de , puis résoudre l'équation .

Solution.

  1. Image de . Lire revient à lire l'ordonnée du point de la courbe d'abscisse . C'est le point , donc .
  2. Principe de la résolution graphique. Résoudre , c'est chercher les abscisses des points de qui ont pour ordonnée . Graphiquement, on trace la droite horizontale d'équation et on repère ses points d'intersection avec la courbe.
  3. Points d'intersection. Parmi les points donnés, ceux d'ordonnée sont et . La droite coupe donc la courbe en ces deux points.
  4. Lecture des abscisses. Les abscisses de ces points d'intersection sont et .
  5. Conclusion. Les antécédents de par sont et , et l'ensemble des solutions de l'équation est .

Exemple 3 — Sens de variation et tableau de variations

Énoncé. Une fonction est définie sur . Sa courbe descend de l'altitude (atteinte en ) jusqu'au point le plus bas , puis remonte jusqu'à l'altitude (atteinte en ). Décrire le sens de variation de , dresser son tableau de variations, puis comparer et sans calcul.

Solution.

  1. Sens de variation. Sur la courbe descend : est décroissante sur cet intervalle. Sur la courbe monte : est croissante sur cet intervalle. La valeur correspond donc à un minimum, égal à .
  2. Valeurs aux bornes. On relève les images aux extrémités et au sommet : , (minimum) et .
  3. Tableau de variations. On résume ces informations : sur la ligne du haut les abscisses , , ; sur la ligne du bas, part de , décroît jusqu'à en , puis croît jusqu'à en . En notation : va de .
  4. Comparaison de et . Les deux nombres et appartiennent à l'intervalle sur lequel est décroissante.
  5. Conclusion. Pour une fonction décroissante, l'ordre est inversé : comme , on a . On peut donc comparer les images sans aucun calcul, uniquement grâce au sens de variation.

🔑 Formules clés à retenir

  • Notation : , et se lit « de ».
  • est l'image de .
  • est un antécédent de .
  • avec .
  • croissante sur : pour dans , .
  • décroissante sur : pour dans , .
  • est un maximum de sur : pour tout , .
  • est un minimum de sur : pour tout , .
  • Résoudre : intersection de avec la droite .
⚠️

Astuces & Pièges à éviter

Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !

  • Image vs antécédent : l'image se calcule directement ( connu, on cherche ) ; l'antécédent demande de résoudre une équation ( connu, on cherche ).
  • Un nombre a une seule image, mais peut avoir plusieurs antécédents ou aucun. Ne jamais conclure qu'il y a un unique antécédent sans vérifier.
  • Pour lire une image on part de l'axe des (horizontal) ; pour lire un antécédent on part de l'axe des (vertical). Ne pas confondre les deux axes de départ.
  • Une solution de est une abscisse, pas l'ordonnée du point d'intersection.
  • Le maximum (ou minimum) est une valeur de (une ordonnée), à distinguer de l'abscisse où il est atteint.
  • Vérifier l'ensemble de définition : pas de division par , pas de racine carrée d'un nombre négatif.
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