Vidéo 3 : Éléments de symétrie d'une courbe · 3 min 42 s · sous-titres en français
Le cours écrit
La parité traite les symétries par rapport à l'axe des ordonnées et par rapport à l'origine. On généralise à une droite verticale quelconque et à un point quelconque.
3.1 Axe de symétrie
Propriété. Dans un repère orthogonal, la droite Δ d'équation x=a est un axe de symétrie de Cf si et seulement si, pour tout x∈Df :
2a−x∈Dfetf(2a−x)=f(x).
Forme équivalente : pour tout réel h tel que a+h∈Df, on a a−h∈Df et f(a−h)=f(a+h).
Démonstration. Dans un repère orthogonal, le symétrique de M(x;y) par rapport à Δ est M′(2a−x;y) : les deux points ont la même ordonnée, et le milieu de [MM′], d'abscisse 2x+2a−x=a, est sur Δ. Pour M(x;f(x)) sur Cf, le point M′(2a−x;f(x)) est sur Cf si et seulement si 2a−x∈Df et f(2a−x)=f(x). La forme équivalente s'obtient en posant x=a+h.
Exemple 11. Soit f(x)=x2−4x+1, définie sur R. Montrons que la droite d'équation x=2 est un axe de symétrie de Cf.
Pour tout réel x, 4−x∈R et
f(4−x)=(4−x)2−4(4−x)+1=16−8x+x2−16+4x+1=x2−4x+1=f(x).
Exemple 12. Soit g(x)=x2−2x+21. Comme x2−2x+2=(x−1)2+1>0, Dg=R. Avec la forme équivalente et a=1 :
g(1+h)=h2+11=g(1−h).
La droite d'équation x=1 est un axe de symétrie de Cg.
3.2 Centre de symétrie
Propriété. Le point Ω(a;b) est un centre de symétrie de Cf si et seulement si, pour tout x∈Df :
2a−x∈Dfetf(2a−x)+f(x)=2b.
Forme équivalente : pour tout réel h tel que a+h∈Df, on a a−h∈Df et f(a+h)+f(a−h)=2b.
Démonstration. Les points M(x;f(x)) et M′(2a−x;f(2a−x)) ont pour milieu le point de coordonnées (a;2f(x)+f(2a−x)). Ce milieu est Ω si et seulement si f(x)+f(2a−x)=2b. Le symétrique de M par rapport à Ω est donc sur Cf si et seulement si la relation est vraie.
Ce résultat est vrai dans n'importe quel repère.
Exemple 13. Soit g(x)=x−12x−1, définie sur R∖{1}. Montrons que Ω(1;2) est un centre de symétrie de Cg.
Ensemble de définition. Si x=1, alors 2−x=1 : 2−x est bien dans Dg.
Calcul.g(2−x)=(2−x)−12(2−x)−1=1−x3−2x=x−12x−3, donc
g(2−x)+g(x)=x−12x−3+2x−1=x−14(x−1)=4=2×2.
3.3 Méthode du changement de repère
On note Ω(a;b) et on se place dans le repère (Ω;i,j). Un point M a pour coordonnées (x;y) dans l'ancien repère et (X;Y) dans le nouveau, avec
x=X+aety=Y+b.
Dans le nouveau repère, l'équation y=f(x) devient Y=f(X+a)−b. On pose φ(X)=f(X+a)−b.
Cf est symétrique par rapport à Ω si et seulement si φ est impaire.
La droite d'équation x=a est un axe de symétrie (repère orthogonal) si et seulement si φ est paire.
Exemple 14. Soit k(x)=x3−3x2+2 et Ω(1;0). On pose x=X+1 et y=Y :
Y=(X+1)3−3(X+1)2+2=X3+3X2+3X+1−3X2−6X−3+2=X3−3X.
La fonction X↦X3−3X est impaire : Ω(1;0) est un centre de symétrie de Ck.
Remarque. On ne te demandera pas de chercher tous les éléments de symétrie d'une courbe : le point ou la droite sont donnés dans l'énoncé, ou suggérés par l'écriture de la fonction (leçon 4).