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Leçon 1

Taux de variation et pente d'une sécante

Vidéo 1 : Taux de variation et pente d'une sécante · 4 min 18 s · sous-titres en français

Le cours écrit

1.1 Une situation

Exemple 1 (une montgolfière). Pendant les six premières minutes de vol, l'altitude d'une montgolfière, en mètres, est donnée par z(t)=−5t2+60tz(t) = -5t^2 + 60t, où tt est le temps en minutes, avec 0≤t≤60 \leq t \leq 6.

tt (min) 00 22 44 66
z(t)z(t) (m) 00 100100 160160 180180

Entre les minutes 00 et 22, elle gagne 100100 mètres en 22 minutes : 100−02−0=50\dfrac{100 - 0}{2 - 0} = 50 mètres par minute en moyenne.

Entre les minutes 22 et 66, elle gagne 8080 mètres en 44 minutes : 180−1006−2=20\dfrac{180 - 100}{6 - 2} = 20 mètres par minute en moyenne. La montée ralentit.

À chaque fois, on a divisé la variation de l'altitude par la variation du temps.

1.2 Définition

Soit ff une fonction définie sur un intervalle II, et soient aa et bb deux nombres distincts de II. Le taux de variation de ff entre aa et bb est le quotient f(b)−f(a)b−a.\frac{f(b) - f(a)}{b - a}.

C'est la variation de l'image divisée par la variation de la variable. En physique, on écrit souvent ΔyΔx\dfrac{\Delta y}{\Delta x}.

  • Le dénominateur n'est jamais nul, car a≠ba \neq b.
  • Échanger aa et bb ne change pas le résultat : f(a)−f(b)a−b=f(b)−f(a)b−a\dfrac{f(a) - f(b)}{a - b} = \dfrac{f(b) - f(a)}{b - a}.

1.3 Calculer un taux de variation

Exemple 2. Pour la fonction carré f(x)=x2f(x) = x^2, entre 11 et 33 : f(3)−f(1)3−1=9−13−1=82=4.\frac{f(3) - f(1)}{3 - 1} = \frac{9 - 1}{3 - 1} = \frac82 = 4.

Exemple 3. Pour la fonction inverse g(x)=1xg(x) = \dfrac1x, entre 11 et 22 : g(2)−g(1)2−1=12−11=−12.\frac{g(2) - g(1)}{2 - 1} = \frac{\frac12 - 1}{1} = -\frac12.

Un taux positif signifie qu'entre aa et bb, la fonction augmente en moyenne. Un taux négatif signifie qu'elle diminue en moyenne.

1.4 Pente d'une sécante

Une sécante à une courbe est une droite qui passe par deux points de cette courbe.

Automatisme (coefficient directeur). Si une droite passe par A(xA ;yA)A(x_A\,;y_A) et B(xB ;yB)B(x_B\,;y_B), avec xA≠xBx_A \neq x_B, son coefficient directeur est m=yB−yAxB−xA.m = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}.

Si AA et BB sont les points de la courbe de ff d'abscisses aa et bb, alors yA=f(a)y_A = f(a) et yB=f(b)y_B = f(b). On retrouve exactement le taux de variation. Ainsi :

Le taux de variation de ff entre aa et bb est la pente (le coefficient directeur) de la sécante passant par les points de la courbe d'abscisses aa et bb.

Exemple 4. Sur la courbe de la fonction carré, A(1 ;1)A(1\,;1) et B(3 ;9)B(3\,;9). De AA à BB, on avance de 22 et on monte de 88 : la pente de la sécante (AB)(AB) vaut 82=4\dfrac82 = 4, le taux de l'exemple 2.

1.5 Ce que dit un taux, et ce qu'il ne dit pas

L'unité. Un taux de variation s'exprime dans l'unité de f(x)f(x) divisée par l'unité de xx. Pour la montgolfière, ce sont des mètres par minute.

Une moyenne. Un taux ne décrit que la différence entre deux points. Il ne dit rien de ce qui se passe entre les deux.

Exemple 5. Pour la fonction carré, entre −2-2 et 22 : f(2)−f(−2)2−(−2)=4−44=0.\frac{f(2) - f(-2)}{2 - (-2)} = \frac{4 - 4}{4} = 0. Le taux est nul, et pourtant la fonction n'est pas constante.

1.6 Le cas des fonctions affines

Si f(x)=mx+pf(x) = mx + p, alors, pour a≠ba \neq b : f(b)−f(a)b−a=mb+p−ma−pb−a=m(b−a)b−a=m.\frac{f(b) - f(a)}{b - a} = \frac{mb + p - ma - p}{b - a} = \frac{m(b - a)}{b - a} = m.

Le taux vaut mm, quels que soient aa et bb. C'est normal : la courbe est une droite, et toutes ses sécantes sont cette même droite. Sur une courbe qui n'est pas une droite, la pente dépend des deux points choisis. D'où la question de la leçon suivante : comment parler de la pente en un seul point ?

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 1 et 2

  • Exercice 1 : calculer des taux et des pentes
  • Exercice 2 : la crue d'une rivière

Exercices du chapitre (PDF, 142 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 134 Ko)

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