Dans tout le chapitre, f est une fonction numérique d'une variable réelle, définie sur un ensemble Df, et Cf est sa courbe représentative dans un repère (O;i,j) du plan. Ce chapitre reprend les fonctions de la Seconde et apprend à lire, transformer et construire des courbes. Il prépare les chapitres de limites, de dérivation et d'étude de fonctions.
Une fonctionf associe à chaque réel x de son ensemble de définitionDf un unique réel f(x), appelé image de x. Si f(x)=y, on dit que x est un antécédent de y. Un réel peut avoir plusieurs antécédents, ou aucun.
La courbeCf est l'ensemble des points M(x;y) tels que x∈Df et y=f(x).
Lecture graphique. L'image de a est l'ordonnée du point de Cf d'abscisse a. Les antécédents de k sont les abscisses des points d'intersection de Cf avec la droite horizontale d'équation y=k.
Exemple 1 (ensembles de définition).
f(x)=2−x existe si et seulement si 2−x≥0, soit x≤2 : Df=]−∞;2].
g(x)=x2−4x+1 existe si et seulement si x2−4=0 : Dg=R∖{−2;2}.
1.2 Image directe d'un ensemble
Définition. Soit A une partie de Df. L'image directe de A par f est l'ensemble des images des éléments de A. On la note f(A) :
f(A)={f(x)∣x∈A}.
Lecture graphique. On repère la partie de Cf formée des points d'abscisse dans A, puis on la projette sur l'axe des ordonnées : on obtient f(A).
Exemple 2. Soit f(x)=x2 et A=[−1;2].
Quand x parcourt [−1;2], la courbe descend du point (−1;1) au point (0;0), puis monte jusqu'au point (2;4). Sa projection sur l'axe des ordonnées est le segment de 0 à 4 :
f([−1;2])=[0;4].Piège à éviter. Ce n'est pas [f(−1);f(2)]=[1;4] : la valeur 0=f(0) est atteinte entre les deux bornes.
Méthode. Pour trouver f(A) quand A est un intervalle, on lit sur la courbe (ou sur le tableau de variation) la plus petite et la plus grande valeur prises par f sur A. En particulier, si la courbe est tracée sans lever le crayon sur [a;b] :
si f est croissante sur [a;b], alors f([a;b])=[f(a);f(b)] ;
si f est décroissante sur [a;b], alors f([a;b])=[f(b);f(a)].
La condition « sans lever le crayon » sera précisée au chapitre 2 : c'est la continuité.
Exemple 3. La fonction inverse g(x)=x1 est décroissante sur [1;4], et sa courbe y est tracée sans lever le crayon. Donc g([1;4])=[g(4);g(1)]=[41;1].
1.3 Image réciproque d'un ensemble
Définition. Soit B une partie de R. L'image réciproque de B par f est l'ensemble des réels de Df dont l'image appartient à B. On la note f−1(B) :
f−1(B)={x∈Df∣f(x)∈B}.
Lecture graphique. On trace la bande horizontale formée des points dont l'ordonnée est dans B. On repère les points de Cf situés dans cette bande, puis on les projette sur l'axe des abscisses : on obtient f−1(B).
Attention à la notation.f−1(B) a un sens pour toute fonction f, même si f n'a pas de fonction réciproque. Ce n'est pas « f puissance moins un ».
Exemple 4. Avec f(x)=x2 :
f−1([1;4])=[−2;−1]∪[1;2], car 1≤x2≤4 si et seulement si 1≤∣x∣≤2 ;
f−1({9})={−3;3} : ce sont les antécédents de 9 ;
f−1([−3;−1])=∅, car un carré n'est jamais négatif.
Exemple 5. Soit f(x)=x2−2x−3. On remarque que f(x)=(x−1)2−4.
Image directe. Sur [0;3], f décroît de f(0)=−3 à f(1)=−4, puis croît jusqu'à f(3)=0. Donc f([0;3])=[−4;0].
Image réciproque. La bande −3≤y≤0 coupe la courbe en deux arcs, au-dessus de [−1;0] et de [2;3]. Par le calcul :
−3≤(x−1)2−4≤0⟺1≤(x−1)2≤4⟺1≤∣x−1∣≤2.
Donc f−1([−3;0])=[−1;0]∪[2;3].
Lien avec les inéquations. Chercher f−1(B), c'est résoudre « f(x)∈B ». Par exemple, f−1(]−∞;0]) est l'ensemble des solutions de l'inéquation f(x)≤0.
On dit que Df est symétrique par rapport à 0 si, pour tout x de Df, le réel −x est aussi dans Df. Par exemple R, [−3;3] et R∖{−1;1} le sont, mais pas R∖{1}.
Définitions. Soit f une fonction dont l'ensemble de définition Df est symétrique par rapport à 0.
f est paire si, pour tout x∈Df, f(−x)=f(x).
f est impaire si, pour tout x∈Df, f(−x)=−f(x).
Propriété (interprétation graphique).
Dans un repère orthogonal, f est paire si et seulement si Cf est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées.
Dans un repère quelconque, f est impaire si et seulement si Cf est symétrique par rapport à l'origine O.
Démonstration. Soit M(x;f(x)) un point de Cf. Le symétrique de M par rapport à l'axe des ordonnées (repère orthogonal) est M′(−x;f(x)). Il est sur Cf si et seulement si −x∈Df et f(−x)=f(x). Le symétrique de M par rapport à O est M′′(−x;−f(x)) : il est sur Cf si et seulement si f(−x)=−f(x).
Méthode.
On vérifie que Df est symétrique par rapport à 0. Sinon, f n'est ni paire ni impaire.
On calcule f(−x) et on le compare à f(x) et à −f(x).
Pour montrer qu'une fonction n'est pas paire (ou pas impaire), un seul contre-exemple suffit.
Exemple 6.
f(x)=x4−2x2 : Df=R et f(−x)=(−x)4−2(−x)2=x4−2x2=f(x). La fonction f est paire.
g(x)=x3−3x : g(−x)=−x3+3x=−g(x). La fonction g est impaire.
h(x)=x2+1x : Dh=R et h(−x)=x2+1−x=−h(x). La fonction h est impaire.
k(x)=x2+x : k(1)=2 et k(−1)=0. Comme k(−1)=k(1), k n'est pas paire ; comme k(−1)=−k(1), elle n'est pas impaire.
ℓ(x)=x+1 : Dℓ=[−1;+∞[ n'est pas symétrique par rapport à 0 (2∈Dℓ mais −2∈/Dℓ). La fonction ℓ n'est ni paire ni impaire.
Fonctions de référence. Les fonctions x↦x2, x↦∣x∣ et cosinus sont paires. Les fonctions x↦x3, x↦x1 et sinus sont impaires. La fonction racine carrée n'est ni paire ni impaire.
Remarque. Si f est impaire et si 0∈Df, alors f(0)=−f(0), donc f(0)=0 : la courbe passe par l'origine.
2.2 Fonctions périodiques
Définition. Soit T un réel strictement positif. La fonction f est périodique de période T si, pour tout x∈Df, les réels x+T et x−T sont dans Df et
f(x+T)=f(x).
Interprétation graphique. La courbe d'une fonction de période T est inchangée par la translation de vecteur Ti : le motif tracé sur un intervalle de longueur T se répète.
Remarque. Si T est une période, 2T, 3T, … en sont aussi. Quand on parle de « la période », il s'agit en général de la plus petite période strictement positive.
Exemple 7.
Cosinus et sinus sont de période 2π : cos(x+2π)=cosx et sin(x+2π)=sinx (Seconde, cercle trigonométrique).
Soit f(x)=x−E(x), où E(x) est la partie entière de x. Comme E(x+1)=E(x)+1, on a f(x+1)=x+1−E(x)−1=f(x) : f est de période 1. Sur [0;1[, E(x)=0, donc f(x)=x.
Soit g(x)=cos(3x). Pour tout réel x, g(x+32π)=cos(3x+2π)=cos(3x)=g(x) : g est de période 32π.
Méthode. Pour x↦cos(ax) ou x↦sin(ax), avec a>0, on cherche T tel que aT=2π : on trouve T=a2π.
2.3 Ensemble d'étude
La parité et la périodicité permettent de réduire l'intervalle d'étude :
si f est paire ou impaire, on l'étudie sur Df∩[0;+∞[, puis on complète la courbe par la symétrie par rapport à l'axe des ordonnées (fonction paire) ou par rapport à O (fonction impaire) ;
si f est de période T, on l'étudie sur un intervalle de longueur T, puis on complète la courbe par les translations de vecteurs Ti, −Ti, 2Ti, … ;
si f est paire (ou impaire) et de période T, il suffit de l'étudier sur [0;2T] : la symétrie donne la courbe sur [−2T;2T], intervalle de longueur T, puis les translations donnent le reste.
Exemple 8. La fonction f(x)=x4−2x2 est paire : on trace sa courbe pour x≥0 (elle descend de (0;0) à (1;−1), puis remonte), et on obtient le reste par symétrie par rapport à l'axe des ordonnées. La courbe a la forme d'un « W ».
Exemple 9. La fonction f(x)=x−E(x) est de période 1. Sur [0;1[, sa courbe est le segment de la droite y=x, du point (0;0) inclus au point (1;1) exclu. Les translations de vecteurs i, 2i, −i… donnent une courbe « en dents de scie ».
Exemple 10. Cosinus est paire et de période 2π : on l'étudie sur [0;π], on complète sur [−π;π] par symétrie par rapport à l'axe des ordonnées, puis sur R par translations.
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).
Propriété. Soit a et b deux réels, et Cf la courbe de f.
La courbe de x↦f(x)+b est l'image de Cf par la translation de vecteur bj : on monte de b (on descend si b<0).
La courbe de x↦f(x−a) est l'image de Cf par la translation de vecteur ai : on va vers la droite de a (vers la gauche si a<0).
La courbe de x↦f(x−a)+b est l'image de Cf par la translation de vecteur u=ai+bj, de coordonnées (a;b).
Démonstration (cas 3, qui contient les deux autres). Soit g(x)=f(x−a)+b. Un point M(x;y) est sur Cf si et seulement si y=f(x), c'est-à-dire y+b=f((x+a)−a)+b=g(x+a), c'est-à-dire si et seulement si M′(x+a;y+b) est sur Cg. Or M′ est l'image de M par la translation de vecteur u(a;b).
Attention au signe. Dans f(x−2), on décale de 2 vers la droite ; dans f(x+2)=f(x−(−2)), on décale de 2 vers la gauche.
Ensemble de définition.x↦f(x−a) est définie pour les x tels que x−a∈Df : l'ensemble de définition est lui aussi décalé de a.
Exemple 15. Soit g(x)=x−2+1. On a g(x)=f(x−2)+1 avec f(x)=x. La courbe de g est l'image de celle de la racine carrée par la translation de vecteur u(2;1) : elle part du point (2;1), image de O, et Dg=[2;+∞[.
4.2 Application aux fonctions polynômes du second degré
Soit f(x)=ax2+bx+c avec a=0. On sait l'écrire sous forme canonique (Seconde) :
f(x)=a(x−α)2+β,avec α=−2ab et β=f(α).
Conséquence. La courbe de f est l'image de la parabole P d'équation y=ax2 par la translation de vecteur u(α;β). C'est une parabole de sommetS(α;β) et d'axe de symétrie la droite d'équation x=α (image de l'axe des ordonnées, axe de P).
Exemple 16.f(x)=x2−4x+1=(x−2)2−4+1=(x−2)2−3. La courbe est l'image de la parabole y=x2 par la translation de vecteur u(2;−3). Son sommet est S(2;−3) et son axe est la droite x=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+3. La courbe est l'image de la parabole y=−2x2 par la translation de vecteur u(1;3). Elle est tournée vers le bas, de sommet S(1;3).
4.3 Application aux fonctions homographiques
Une fonction homographique s'écrit f(x)=cx+dax+b, avec c=0 et ad−bc=0 (sinon f est constante là où elle est définie). Elle est définie sur R∖{−cd}.
Propriété. On peut toujours écrire
f(x)=β+x−αk,avec α=−cd,β=ca,k=c2bc−ad.
La courbe de f est l'image de l'hyperbole H d'équation y=xk par la translation de vecteur u(α;β). C'est une hyperbole de centre de symétrieΩ(α;β), image de O. Ses asymptotes sont les droites d'équations x=α et y=β (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)=x−12x−1=x−12(x−1)+1=2+x−11.
La courbe de g est l'image de l'hyperbole y=x1 par la translation de vecteur u(1;2). Son centre de symétrie est Ω(1;2) (on retrouve l'exemple 13), et ses asymptotes sont les droites x=1 et y=2.
Exemple 19.h(x)=x+1−x+3=x+1−(x+1)+4=−1+x+14.
La courbe de h est l'image de l'hyperbole y=x4 par la translation de vecteur u(−1;−1). Centre Ω(−1;−1), asymptotes x=−1 et y=−1.
Soit g(x)=∣f(x)∣. Elle a le même ensemble de définition que f, et
g(x)=f(x) si f(x)≥0,g(x)=−f(x) si f(x)<0.
Construction. La courbe de −f est la symétrique de Cf par rapport à l'axe des abscisses. Donc :
on garde les parties de Cf situées au-dessus de l'axe des abscisses ;
on remplace les parties situées au-dessous par leurs symétriques par rapport à l'axe des abscisses.
La courbe de ∣f∣ est toujours au-dessus de l'axe des abscisses (ou dessus).
Exemple 20. Soit f(x)=x2−2x−3=(x−1)2−4. Elle s'annule en −1 et en 3, et elle est négative entre ces deux nombres. La courbe de g=∣f∣ s'obtient en retournant vers le haut l'arc situé entre −1 et 3 : le sommet (1;−4) devient le point (1;4). Sur [−1;3], g(x)=−x2+2x+3.
Variations lues sur la courbe.g est décroissante sur ]−∞;−1], croissante sur [−1;1], décroissante sur [1;3] et croissante sur [3;+∞[.
5.2 La fonction x↦f(∣x∣)
Soit h(x)=f(∣x∣). Elle est définie pour les réels x tels que ∣x∣∈Df, et :
h est paire, car ∣−x∣=∣x∣ ;
pour x≥0, ∣x∣=x, donc h(x)=f(x).
Construction. On garde la partie de Cf située à droite de l'axe des ordonnées (x≥0), on efface l'autre, et on complète par la symétrie par rapport à l'axe des ordonnées.
Exemple 21. Avec f(x)=x2−2x−3 : h(x)=f(∣x∣)=x2−2∣x∣−3 (car ∣x∣2=x2). Pour x≥0, la courbe de h est celle de f : elle descend de (0;−3) à (1;−4), puis remonte en passant par (3;0). Par symétrie, la courbe complète a la forme d'un « W », de minimum −4 atteint en −1 et en 1.
Exemple 22. Avec f(x)=x−1 : f(∣x∣)=∣x∣−1 est définie si ∣x∣≥1, soit sur ]−∞;−1]∪[1;+∞[.
Ne pas confondre. Avec f(x)=x2−2x−3 : ∣f(−2)∣=∣5∣=5, alors que f(∣−2∣)=f(2)=−3.
5.3 Application : nombre de solutions d'une équation
Les solutions de l'équation ∣f(x)∣=m sont les abscisses des points d'intersection de la courbe de ∣f∣ avec la droite d'équation y=m.
Exemple 23. Nombre de solutions de ∣x2−2x−3∣=m, selon le réel m (courbe de l'exemple 20) :
Valeur de m
m<0
m=0
0<m<4
m=4
m>4
Nombre de solutions
0
2
4
3
2
Pour m=4 : x2−2x−3=−4 donne x=1, et x2−2x−3=4 donne x=1−22 ou x=1+22.
Définition. Soit u une fonction définie sur Du et v une fonction définie sur Dv. La composée de u suivie de v est la fonction notée v∘u (on lit « v rond u ») définie par
(v∘u)(x)=v(u(x)).
Elle est définie pour les réels x tels que x∈Duetu(x)∈Dv :
Dv∘u={x∈Du∣u(x)∈Dv}=u−1(Dv).
Ordre des calculs. Dans v∘u, on applique d'abord u, puis v : x⟼u(x)⟼v(u(x)).
Exemple 24. Soit u(x)=x−1 et v(x)=x.
(v∘u)(x)=x−1, définie si x−1≥0 : Dv∘u=[1;+∞[.
(u∘v)(x)=x−1, définie sur [0;+∞[.
Pour x=5 : (v∘u)(5)=4=2, mais (u∘v)(5)=5−1≈1,24. En général, v∘u=u∘v : l'ordre compte.
Exemple 25. Soit u(x)=4−x2 et v(x)=x. La composée (v∘u)(x)=4−x2 est définie si 4−x2≥0, soit x2≤4 : Dv∘u=[−2;2].
Exemple 26. Soit u(x)=x2+1 et v(x)=x1. Comme x2+1=0 pour tout x, (v∘u)(x)=x2+11 est définie sur R. En revanche, (u∘v)(x)=x21+1 est définie sur R∖{0}.
6.2 Décomposer une fonction
Décomposer une fonction h, c'est trouver deux fonctions u et v telles que h=v∘u. On cherche le calcul fait en premier (c'est u), puis celui fait ensuite (c'est v).
Exemple 27.
h1(x)=x2+1 : u(x)=x2+1 et v(t)=t.
h2(x)=(3x−1)5 : u(x)=3x−1 et v(t)=t5.
h3(x)=x2−41 : u(x)=x2−4 et v(t)=t1.
h4(x)=cos(2x+1) : u(x)=2x+1 et v(t)=cost.
6.3 Les fonctions associées sont des composées
Les fonctions des leçons 4 et 5 sont des composées de f avec des fonctions très simples :
f(x−a)=(f∘τ)(x) avec τ(x)=x−a ;
f(x)+b=(σ∘f)(x) avec σ(t)=t+b ;
∣f(x)∣=(v∘f)(x) et f(∣x∣)=(f∘v)(x), avec v(t)=∣t∣.
On voit encore que l'ordre compte : ∣f(x)∣ et f(∣x∣) sont deux fonctions différentes.
Leçon 7 : Courbe de la réciproque d'une bijectionS2 · S4
Définition. Soit f une fonction définie sur un intervalle I, et J un intervalle. On dit que f est une bijection de I sur J si tout réel y de J a un unique antécédentx dans I.
Lecture graphique.f est une bijection de I sur J si toute droite horizontale d'équation y=k, avec k∈J, coupe la partie de Cf située au-dessus de I en exactement un point, et si les droites y=k avec k∈/J ne la coupent pas.
Exemple 28. La fonction carré n'est pas une bijection de R sur [0;+∞[ : 4 a deux antécédents, −2 et 2. Mais sa restriction à [0;+∞[ est une bijection de [0;+∞[ sur [0;+∞[ : chaque y≥0 a un unique antécédent positif, y.
Résultat admis (vu en détail au chapitre 2 et dans le chapitre sur les applications). Si f est strictement monotone sur l'intervalle I et si sa courbe est tracée sans lever le crayon, alors f est une bijection de I sur l'intervalle f(I).
7.2 Fonction réciproque
Définition. Si f est une bijection de I sur J, sa fonction réciproque, notée f−1, est la fonction définie sur J qui, à chaque y de J, associe son unique antécédent x dans I :
y=f(x) et x∈I⟺x=f−1(y) et y∈J.
Exemple 29. La réciproque de la restriction de la fonction carré à [0;+∞[ est la fonction racine carrée : pour x≥0 et y≥0, y=x2⟺x=y.
7.3 Construire la courbe de la réciproque
Propriété. Dans un repère orthonormé, la courbe de f−1 est la symétrique de Cf par rapport à la droite Δ d'équation y=x (la première bissectrice).
Démonstration. Un point M(a;b) est sur Cf si et seulement si b=f(a) avec a∈I, c'est-à-dire a=f−1(b) avec b∈J, c'est-à-dire si et seulement si M′(b;a) est sur la courbe de f−1. Or, dans un repère orthonormé, M′(b;a) est le symétrique de M(a;b) par rapport à Δ : le milieu (2a+b;2a+b) de [MM′] est sur Δ, et le vecteur MM′(b−a;a−b) est orthogonal au vecteur (1;1), qui dirige Δ.
Méthode.
On trace la droite Δ d'équation y=x (le repère doit être orthonormé).
On place quelques points M(a;b) de Cf et leurs symétriques M′(b;a).
Les points de Cf situés sur Δ sont aussi sur la courbe de f−1.
On trace la courbe de f−1 en reliant les points, symétrique de Cf.
Exemple 30. Soit f(x)=x2−2x sur I=[1;+∞[. Comme f(x)=(x−1)2−1, f est strictement croissante sur I (lu sur la parabole de sommet (1;−1)), et f(I)=[−1;+∞[. Donc f est une bijection de [1;+∞[ sur [−1;+∞[.
Point de Cf
(1;−1)
(2;0)
(3;3)
(4;8)
Point de la courbe de f−1
(−1;1)
(0;2)
(3;3)
(8;4)
Le point (3;3) est sur Δ : il appartient aux deux courbes.
Remarque (non exigible en Première). Ici, on peut trouver la formule : pour y≥−1, l'équation (x−1)2−1=y avec x≥1 donne x=1+y+1. Donc f−1(x)=1+x+1 pour x≥−1.
Exemple 31. La fonction inverse est une bijection de ]0;+∞[ sur ]0;+∞[, et elle est sa propre réciproque : y=x1⟺x=y1. Sa courbe est symétrique par rapport à la droite y=x.
Ce qu'il faut retenir du chapitre
f(A) est l'ensemble des images des éléments de A : on projette la courbe sur l'axe des ordonnées. f−1(B) est l'ensemble des x de Df tels que f(x)∈B : on projette sur l'axe des abscisses.
Paire : f(−x)=f(x), courbe symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. Impaire : f(−x)=−f(x), courbe symétrique par rapport à O. Dans les deux cas, Df doit être symétrique par rapport à 0.
Période T : f(x+T)=f(x), courbe inchangée par la translation de vecteur Ti. On réduit l'intervalle d'étude grâce à la parité et à la périodicité.
Axe x=a : f(2a−x)=f(x). Centre Ω(a;b) : f(2a−x)+f(x)=2b. Sans oublier la condition sur Df.
x↦f(x−a)+b : translation de vecteur u(a;b). Une parabole y=a(x−α)2+β a pour sommet (α;β) ; une hyperbole y=β+x−αk a pour centre (α;β).
∣f∣ : on retourne vers le haut ce qui est sous l'axe des abscisses. f(∣x∣) : on garde la partie x≥0 et on complète par symétrie par rapport à l'axe des ordonnées.
(v∘u)(x)=v(u(x)) : d'abord u, puis v ; elle est définie si x∈Du et u(x)∈Dv. En général, v∘u=u∘v.
S2 · S4 Dans un repère orthonormé, la courbe de la réciproque d'une bijection est la symétrique de Cf par rapport à la droite y=x.
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