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Les fonctions - UCL

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Le cours : fonctions I
Sujet : Fonctions élémentaires (chapitre du livre : §1)
Fonctions
Domaine
Image
Fonctions
Définition
Une fonction est une règle qui associe a chaque x d’un ensemble
D une valeur unique, notée f (x).
• L’ensemble D est le domaine de f .
• L’ image de f est l’ensemble de toutes les valeurs f (x) qui
sont produites quand x varie sur le domaine.
Fonctions
Une fonction ou pas une fonction ?
pas une fonction
une fonction
Image
Fonctions : déterminer le domaine et l’image
graphiquement
Domaine
Image
Fonctions : déterminer le domaine et l’image
graphiquement
Domaine
Fonctions : la fonction composée
Domaine de g
Image de g
Domaine de f
Image de f
g
Définition
Soient données deux fonctions f et g.
La fonction composée f g est définie par (f g)(x) = f g(x) .
• Elle est évaluée en deux pas : y = f (u), où u = g(x).
• Le domaine de f g comprend tous les x du domaine de g
pour lesquels g(x) appartient au domaine de f .
Fonctions : la fonction composée
Exemple
p
Pour f (x) = 3 x et g(x) = x2
a) (g
(g
Le
de
x 6:
p
p
p
3
3
f )(x) = g f (x) = g( x) = ( 3 x)2
x 6=
2/3
1/3
f )(x) = x
x
6.
domaine de g f est ] 1, +1[ car les domaines de f et
g sont ] 1, +1[ et l’image de f est ] 1, +1[.
b) (g g)(x) = g g(x) = g(x2 x 6) =
x4 2x3 12x2 + 13x + 36.
Le domaine de g g est ] 1, +1[.
Fonctions : parité
Définition
Une fonction f est
• paire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
• impaire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
Fonctions : parité
Définition
Une fonction f est
• paire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
• impaire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
Fonctions : parité
Définition
Une fonction f est
• paire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
• impaire si f ( x) = f (x) pour tous les x dans son domaine.
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4
1 + x1 .
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4
2. des graphes, comme
1 + x1 .
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4
2. des graphes
3. des tables,
1 + x1 .
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4 1 + x1 .
2. des graphes.
3. des tables.
4. du texte, comme par exemple la fonction aire d’une fonction
positive f : la fonction A(x) est l’aire de la région bornée par
le graphe de f et l’axe des t entre t = 0 et t = x.
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4 1 + x1 .
2. des graphes.
3. des tables.
4. du texte, comme par exemple la fonction aire d’une fonction
positive f : la fonction A(x) est l’aire de la région bornée par
le graphe de f et l’axe des t entre t = 0 et t = x.
Représentations des fonctions
Pour représenter des fonctions on utilise :
1. des formules, comme par exemple f (x) = x4 1 + x1 .
2. des graphes.
3. des tables.
4. du texte, comme par exemple la fonction aire d’une fonction
positive f : la fonction A(x) est l’aire de la région bornée par
le graphe de f et l’axe des t entre t = 0 et t = x.
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = f (x) + d
B Le graphe de y = f (x) + d est le graphe de y = f (x) décalé
verticalement de d unités (vers le haut si d > 0, ou vers le bas si
d < 0).
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = f (x
b)
B Le graphe de y = f (x b) est le graphe de y = f (x) décalé
horizontalement de b unités (vers la droite si b > 0, ou vers la
gauche si b < 0).
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = cf (x)
B Pour c > 0, le graphe de y = cf (x) est le graphe de y = f (x)
après avoir subi un changement d’échelle vertical par un facteur de
c (il est rétréci si 0 < c < 1, ou allongé si c > 1).
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = cf (x)
B Pour c < 0, le graphe de y = cf (x) est le graphe de y = f (x)
après avoir subi un changement d’échelle vertical par un facteur de
|c| et une réflexion autour de l’axe des x (il est rétréci si
1 < c < 0, ou allongé si c < 1).
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = f (ax)
B Pour a > 0, le graphe de y = f (ax) est le graphe de y = f (x)
après avoir subi un changement d’échelle horizontal par un facteur
de a (il est rétréci si 0 < a < 1, ou allongé si a > 1).
Transformations sur les fonctions
• y = f (x) 7 ! y = f (ax)
B Pour a < 0, le graphe de y = f (ax) est le graphe de y = f (x)
après avoir subi un changement d’échelle horizontal par un facteur
de |a| et une reflexion autour de l’axe des y (il est rétréci si
1 < a < 0, ou allongé si a < 1).
Transformations sur les fonctions
Sommaire
Pour a, b, c, d des nombres réels donnés, et f une fonction, le
graphe de la fonction y = cf a(x b) + d est obtenu à partir du
graphe de y = f (x) par la procédure suivante :
y = f (x)
changement d’échelle horizontal par |a|
! y = f (ax)
décalage horizontal par b
!
y = f a(x
changement d’échelle vertical par |c|
décalage vertical d
!
!
b)
y = cf a(x
b)
y = cf a(x
b) + d
La fonction inverse
Définition
Soit f une fonction donnée. La fonction inverse (si elle existe) est
une fonction f 1 telle que pour y = f (x) nous avons f 1 (y) = x.
x est dans le domaine de f et
x=f
1
(y) est dans l’image de f
1
y est dans le domaine de f
1
et
y = f (x) est dans l’image de f
Fonctions injectives
Définition
Une fonction f est injective sur un domaine D si à chaque valeur
de f (x) lui correspond exactement une valeur de x dans D.
Plus précisément, f est injective sur D si f (x1 ) 6= f (x2 ) pour
chaque x1 6= x2 dans D.
Fonctions injectives
• Le test horizontal dit que chaque ligne horizontale
n’intersecte le graphe d’une fontion injective qu’une fois au
maximum.
injective
pas injective
Fonctions injectives
• f (x) = x2
pas injective
sur ] 1, +1[
injective sur
] 1, 0]
injective sur
[0, +1[
Existence de la fonction inverse
Existence de la fonction inverse
Théorème
Soit f une fonction injective sur un domaine D avec image R.
Alors, f a une unique inverse f 1 ayant comme domaine R et
comme image D telle que
f
1
f (x) = x
et
f f
1
(y) = y,
où x se trouve dans D et y se trouve dans R.
Existence de la fonction inverse
f est injective
et admet une inverse
sur ] 1, 0]
f est injective
et admet une inverse
sur ]0, +1[
Procédure pour trouver la fonction inverse
Supposons f injective sur un intervalle I. Pour trouver f
1
:
1. Résoudre y = f (x) pour x. Si nécessaire, choisir la fonction
qui correspond à I.
2. Changer x avec y et écrire y = f
1 (x).
Procédure pour trouver la fonction inverse
Supposons f injective sur un intervalle I. Pour trouver f 1 :
1. Résoudre y = f (x) pour x. Si nécessaire, choisir la fonction
qui correspond à I.
2. Changer x avec y et écrire y = f 1 (x).
Note : le graphe à la doite a les couleurs echangés.
La fonction exponentielle et la
fonction logarithmique
La fonction exponentielle
La fonction exponentielle
La fonction exponentielle naturelle
Définition (La fonction exponentielle naturelle)
La fonction exponentielle naturelle est f (x) = ex , où
e = 2.718281828459...
y =x+1
La fonction logarithmique
Définition (La fonction logarithmique de base b)
Pour une base b > 0 quelconque (b 6= 1), la fonction
logarithmique de base b, notée
y = logb x,
est la fonction inverse de la fonction exponentielle y = bx .
La fonction inverse de la fonction exponentielle naturelle (base e)
est la fonction logarithmique naturelle, notée
y = ln x.
Exponentielle vs Logarithme
Pour une base b > 0 quelconque (b 6= 1) :
blogb x = x,
pour x > 0,
logb bx = x,
pour x réel.
Exponentielle vs Logarithme :
la symmétrie par rapport à la droite y = x
Le graphe de la fonction logarithmique
logb 1 = 0 pour toute
la base b > 0, b 6= 1
Exponentielle et Logarithme : changement de base
B Pour b > 0, b 6= 1 :
bx = ex ln b
logb x =
ln x
ln b
pour tout le x,
pour x > 0.
Avec plus de généralité, pour c > 0, c 6= 1 quelconque
bx = cx logc b
logb x =
logc x
logc b
pour tout le x,
pour x > 0.
Les fonctions trigonométriques et leurs
fonctions inverses
Angles, arcs et rayons
Triangles rectangles
Les fonctions trigonométriques
Les fonctions trigonométriques :
sin ✓ =
y
,
r
cos ✓ =
x
,
r
tan ✓ =
y
.
x
Identités trigonométriques
tan ✓ =
sin ✓
cos ✓
1
cos2 ✓
sin2 ✓ + cos2 ✓ = 1
tan2 ✓ + 1 =
sin 2✓ = 2 sin ✓ cos ✓
cos 2✓ = cos2 ✓
sin2 ✓ =
1
cos 2✓
2
cos2 ✓ =
sin2 ✓
1 + cos 2✓
2
La période des fonctions trigonométriques
B Les fonctions sin ✓ et cos ✓ ont une période de 2⇡ :
sin(✓ + 2⇡) = sin ✓,
cos(✓ + 2⇡) = cos ✓,
pour toute ✓ dans le domaine.
B La fonction tan ✓ a une période de ⇡ :
tan(✓ + ⇡) = tan ✓,
pour toute ✓ dans le domaine.
Les graphes des fonctions trigonométriques
Les graphes des fonctions trigonométriques
Les fonctions trigonométriques inverses
Les fonctions trigonométriques inverses
Les fonctions trigonométriques inverses
Les fonctions trigonométriques inverses
Définition (arc sinus, arc cosinus & arc tangente)
• y = sin 1 x est la valeur de y telle que x = sin y, où
⇡/2  y  ⇡/2.
• y = cos 1 x est la valeur de y telle que x = cos y, où
0  y  ⇡.
• Le domaine de sin
1
• Le domaine de tan
1x
x et cos
1x
est [ 1, 1].
• y = tan 1 x est la valeur de y telle que x = tan y, où
⇡/2 < y < ⇡/2.
est ]
1, 1[.
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