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Leçon 4

Fonctions associées par translation

Vidéo 4 : Fonctions associées par translation · 3 min 22 s · sous-titres en français

Le cours écrit

4.1 Les trois translations

Propriété. Soit aa et bb deux réels, et Cf\mathcal{C}_f la courbe de ff.

  1. La courbe de x↦f(x)+bx \mapsto f(x) + b est l'image de Cf\mathcal{C}_f par la translation de vecteur b j⃗b\,\vec j : on monte de bb (on descend si b<0b < 0).
  2. La courbe de x↦f(x−a)x \mapsto f(x - a) est l'image de Cf\mathcal{C}_f par la translation de vecteur a i⃗a\,\vec i : on va vers la droite de aa (vers la gauche si a<0a < 0).
  3. La courbe de x↦f(x−a)+bx \mapsto f(x - a) + b est l'image de Cf\mathcal{C}_f par la translation de vecteur u⃗=a i⃗+b j⃗\vec u = a\,\vec i + b\,\vec j, de coordonnées (a ;b)(a\,;b).

Démonstration (cas 3, qui contient les deux autres). Soit g(x)=f(x−a)+bg(x) = f(x - a) + b. Un point M(x ;y)M(x\,;y) est sur Cf\mathcal{C}_f si et seulement si y=f(x)y = f(x), c'est-à-dire y+b=f((x+a)−a)+b=g(x+a)y + b = f\big((x + a) - a\big) + b = g(x + a), c'est-à-dire si et seulement si M′(x+a ;y+b)M'(x + a\,;y + b) est sur Cg\mathcal{C}_g. Or M′M' est l'image de MM par la translation de vecteur u⃗(a ;b)\vec u(a\,;b).

Attention au signe. Dans f(x−2)f(x - 2), on décale de 22 vers la droite ; dans f(x+2)=f(x−(−2))f(x + 2) = f\big(x - (-2)\big), on décale de 22 vers la gauche.

Ensemble de définition. x↦f(x−a)x \mapsto f(x - a) est définie pour les xx tels que x−a∈Dfx - a \in D_f : l'ensemble de définition est lui aussi décalé de aa.

Exemple 15. Soit g(x)=x−2+1g(x) = \sqrt{x - 2} + 1. On a g(x)=f(x−2)+1g(x) = f(x - 2) + 1 avec f(x)=xf(x) = \sqrt x. La courbe de gg est l'image de celle de la racine carrée par la translation de vecteur u⃗(2 ;1)\vec u(2\,;1) : elle part du point (2 ;1)(2\,;1), image de OO, et Dg=[2 ;+∞[D_g = [2\,;+\infty[.

4.2 Application aux fonctions polynômes du second degré

Soit f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c avec a≠0a \neq 0. On sait l'écrire sous forme canonique (Seconde) : f(x)=a(x−α)2+β,avec α=−b2a et β=f(α).f(x) = a(x - \alpha)^2 + \beta, \qquad \text{avec } \alpha = -\frac{b}{2a} \text{ et } \beta = f(\alpha).

Conséquence. La courbe de ff est l'image de la parabole P\mathcal{P} d'équation y=ax2y = ax^2 par la translation de vecteur u⃗(α ;β)\vec u(\alpha\,;\beta). C'est une parabole de sommet S(α ;β)S(\alpha\,;\beta) et d'axe de symétrie la droite d'équation x=αx = \alpha (image de l'axe des ordonnées, axe de P\mathcal{P}).

Exemple 16. f(x)=x2−4x+1=(x−2)2−4+1=(x−2)2−3f(x) = x^2 - 4x + 1 = (x-2)^2 - 4 + 1 = (x - 2)^2 - 3. La courbe est l'image de la parabole y=x2y = x^2 par la translation de vecteur u⃗(2 ;−3)\vec u(2\,;-3). Son sommet est S(2 ;−3)S(2\,;-3) et son axe est la droite x=2x = 2 : on retrouve l'exemple 11.

Exemple 17. g(x)=−2x2+4x+1=−2(x2−2x)+1=−2[(x−1)2−1]+1=−2(x−1)2+3g(x) = -2x^2 + 4x + 1 = -2(x^2 - 2x) + 1 = -2\big[(x-1)^2 - 1\big] + 1 = -2(x-1)^2 + 3. La courbe est l'image de la parabole y=−2x2y = -2x^2 par la translation de vecteur u⃗(1 ;3)\vec u(1\,;3). Elle est tournée vers le bas, de sommet S(1 ;3)S(1\,;3).

4.3 Application aux fonctions homographiques

Une fonction homographique s'écrit f(x)=ax+bcx+df(x) = \dfrac{ax + b}{cx + d}, avec c≠0c \neq 0 et ad−bc≠0ad - bc \neq 0 (sinon ff est constante là où elle est définie). Elle est définie sur R∖{−dc}\mathbb{R} \setminus \left\{-\dfrac{d}{c}\right\}.

Propriété. On peut toujours écrire f(x)=β+kx−α,avec α=−dc, β=ac, k=bc−adc2.f(x) = \beta + \frac{k}{x - \alpha}, \qquad \text{avec } \alpha = -\frac{d}{c},\ \beta = \frac{a}{c},\ k = \frac{bc - ad}{c^2}. La courbe de ff est l'image de l'hyperbole H\mathcal{H} d'équation y=kxy = \dfrac{k}{x} par la translation de vecteur u⃗(α ;β)\vec u(\alpha\,;\beta). C'est une hyperbole de centre de symétrie Ω(α ;β)\Omega(\alpha\,;\beta), image de OO. Ses asymptotes sont les droites d'équations x=αx = \alpha et y=βy = \beta (images des axes, vues en Seconde de façon intuitive).

En pratique, on ne retient pas les formules : on transforme l'écriture, comme dans les exemples.

Exemple 18. g(x)=2x−1x−1=2(x−1)+1x−1=2+1x−1g(x) = \dfrac{2x - 1}{x - 1} = \dfrac{2(x - 1) + 1}{x - 1} = 2 + \dfrac{1}{x - 1}.

La courbe de gg est l'image de l'hyperbole y=1xy = \dfrac1x par la translation de vecteur u⃗(1 ;2)\vec u(1\,;2). Son centre de symétrie est Ω(1 ;2)\Omega(1\,;2) (on retrouve l'exemple 13), et ses asymptotes sont les droites x=1x = 1 et y=2y = 2.

Exemple 19. h(x)=−x+3x+1=−(x+1)+4x+1=−1+4x+1h(x) = \dfrac{-x + 3}{x + 1} = \dfrac{-(x + 1) + 4}{x + 1} = -1 + \dfrac{4}{x + 1}.

La courbe de hh est l'image de l'hyperbole y=4xy = \dfrac4x par la translation de vecteur u⃗(−1 ;−1)\vec u(-1\,;-1). Centre Ω(−1 ;−1)\Omega(-1\,;-1), asymptotes x=−1x = -1 et y=−1y = -1.

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Exercices 7 et 8

  • Exercice 7 : translations et paraboles
  • Exercice 8 : fonctions homographiques

Exercices du chapitre (PDF, 278 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 442 Ko)

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