8.1 Déterminer une asymptote oblique par la division
Le programme S1-S3 demande de déterminer l'asymptote oblique d'une fonction rationnelle, et précise : « Pour déterminer l'asymptote, on pourra effectuer la division de p(x) par q(x) ». Si p est de degré 2 et q de degré 1, la division euclidienne (Seconde) donne p(x)=q(x)×(ax+b)+r, avec un reste r constant, donc
f(x)=q(x)p(x)=ax+b+q(x)r,aveclimx→±∞q(x)r=0.
La droite y=ax+b (le quotient) est asymptote, et le signe de q(x)r donne la position.
Exemple 17. Soit f(x)=x−12x2−3x+3. On divise 2x2−3x+3 par x−1 :
- 2x2 divisé par x donne 2x ; 2x(x−1)=2x2−2x ; il reste −x+3 ;
- −x divisé par x donne −1 ; −1×(x−1)=−x+1 ; il reste 2.
Donc 2x2−3x+3=(x−1)(2x−1)+2 et f(x)=2x−1+x−12. La droite y=2x−1 est asymptote oblique en ±∞ ; la courbe est au-dessus pour x>1 et en dessous pour x<1. Avec l'asymptote verticale x=1, elle se coupe en Ω(1;1), centre de symétrie.
Exemple 18. Soit g(x)=2xx2+1. On divise par 2x : x2+1=2x×2x+1, donc g(x)=2x+2x1. La droite y=2x est asymptote oblique.
8.2 Sens de variation de ∣f∣ et de x↦f(∣x∣)
Le programme S1-S3 demande d'étudier ces sens de variation à partir de la courbe de f (chapitre 1 pour les constructions).
- ∣f∣ : là où f≥0, ∣f∣=f a les mêmes variations que f ; là où f≤0, ∣f∣=−f a les variations contraires. La partie de la courbe sous l'axe des abscisses est retournée vers le haut.
- x↦f(∣x∣) : cette fonction est paire. Sur [0;+∞[, elle est égale à f ; sur ]−∞;0], ses variations sont celles du symétrique, donc contraires.
En un réel x0 où f(x0)=0 et f′(x0)=0, la courbe de ∣f∣ a un point anguleux (chapitre 3, leçon 9) : ses demi-tangentes ont pour coefficients directeurs −∣f′(x0)∣ à gauche et ∣f′(x0)∣ à droite.
8.3 Un exemple complet
Exemple 19. Soit f(x)=∣x2−2x−3∣. On pose u(x)=x2−2x−3=(x+1)(x−3).
1. Sans valeur absolue. u(x)≤0 sur [−1;3] et u(x)≥0 ailleurs. Donc f(x)=x2−2x−3 sur ]−∞;−1]∪[3;+∞[, et f(x)=−x2+2x+3 sur [−1;3] (la fonction de l'exemple 1).
2. Variations. u décroît sur ]−∞;1] et croît sur [1;+∞[, avec u(1)=−4. D'où, pour f : décroissante sur ]−∞;−1] (là f=u), croissante sur [−1;1] et décroissante sur [1;3] (là f=−u), croissante sur [3;+∞[.
| x |
−∞ |
|
−1 |
|
1 |
|
3 |
|
+∞ |
| variations de f |
+∞ |
↘ |
0 |
↗ |
4 |
↘ |
0 |
↗ |
+∞ |
3. Points anguleux. u′(x)=2x−2. En −1 : u(−1)=0 et u′(−1)=−4=0, donc fg′(−1)=−4 et fd′(−1)=4. En 3 : u′(3)=4, donc fg′(3)=−4 et fd′(3)=4. Les points A(−1;0) et B(3;0) sont des points anguleux. En 1, f est dérivable et f′(1)=0 : maximum local 4, tangente horizontale.
4. Tracé. On trace la parabole y=u(x) en pointillés, on retourne vers le haut l'arc situé sous l'axe des abscisses, et l'on dessine les demi-tangentes en A et B.
Exemple 20. Soit g(x)=x2−4∣x∣+3. On a g(x)=h(∣x∣) avec h(x)=x2−4x+3, et g est paire. Sur [0;+∞[, g=h décroît sur [0;2] puis croît, avec h(2)=−1 ; par symétrie, g décroît sur ]−∞;−2] et croît sur [−2;0]. En 0 : gd′(0)=h′(0)=−4 et, par symétrie, gg′(0)=4 : le point (0;3) est un point anguleux, où g a un maximum local.