Aller au contenu

Leçon 5

Forme canonique

Vidéo 5 : Forme canonique · 4 min 34 s · sous-titres en français

Le cours écrit

5.1 Compléter le carré

Regardons x2+6xx^2 + 6x comme une aire : un carré de côté xx, plus deux rectangles de dimensions xx et 33. En les plaçant de chaque côté du carré, il ne manque qu'un coin, un petit carré d'aire 99, pour former un grand carré de côté x+3x + 3. Donc x2+6x=(x+3)2−9.x^2 + 6x = (x + 3)^2 - 9.

Méthode de complétion du carré. Pour tous réels xx et kk : x2+2kx=(x+k)2−k2.x^2 + 2kx = (x + k)^2 - k^2. En pratique, on prend la moitié du coefficient de xx.

Exemple 14.

  • x2+6x+5=(x+3)2−9+5=(x+3)2−4x^2 + 6x + 5 = (x + 3)^2 - 9 + 5 = (x + 3)^2 - 4.
  • x2−4x+7=(x−2)2−4+7=(x−2)2+3x^2 - 4x + 7 = (x - 2)^2 - 4 + 7 = (x - 2)^2 + 3.

Si le coefficient de x2x^2 n'est pas 11, on le met d'abord en facteur dans les deux premiers termes.

Exemple 15.

  • 2x2−12x+10=2(x2−6x)+10=2[(x−3)2−9]+10=2(x−3)2−82x^2 - 12x + 10 = 2\left(x^2 - 6x\right) + 10 = 2\left[(x - 3)^2 - 9\right] + 10 = 2(x - 3)^2 - 8.
  • −x2+6x−4=−(x2−6x)−4=−[(x−3)2−9]−4=−(x−3)2+5-x^2 + 6x - 4 = -\left(x^2 - 6x\right) - 4 = -\left[(x - 3)^2 - 9\right] - 4 = -(x - 3)^2 + 5.

5.2 Forme canonique

Propriété. Toute fonction polynôme du second degré admet une forme canonique : f(x)=a(x−α)2+β,f(x) = a(x - \alpha)^2 + \beta, où aa est le coefficient de x2x^2, et α\alpha et β\beta sont deux réels.

Le calcul dans le cas général est fait une seule fois, à la leçon 6. En exercice, on la détermine sur des expressions numériques simples.

La forme canonique permet de résoudre une équation :

Exemple 16. x2+6x+5=0x^2 + 6x + 5 = 0 équivaut à (x+3)2=4(x + 3)^2 = 4, soit x+3=2x + 3 = 2 ou x+3=−2x + 3 = -2. Les solutions sont −1-1 et −5-5.

5.3 Position de la courbe

Propriété. Soit mm un réel. La courbe de x↦f(x−m)x \mapsto f(x - m) s'obtient en décalant la courbe de ff de mm unités horizontalement : vers la droite si m>0m > 0, vers la gauche si m<0m < 0.

En effet, la valeur prise par ff en un nombre uu est prise par x↦f(x−m)x \mapsto f(x - m) en x=u+mx = u + m.

La courbe de f(x)=a(x−α)2+βf(x) = a(x - \alpha)^2 + \beta est donc celle de x↦ax2x \mapsto ax^2, décalée de α\alpha horizontalement et de β\beta verticalement.

Exemple 17. La courbe de x↦(x−3)2x \mapsto (x - 3)^2 est la parabole de la fonction carré décalée de 33 vers la droite. Celle de x↦(x−3)2−4x \mapsto (x - 3)^2 - 4 est décalée en plus de 44 vers le bas.

5.4 Extrémum et variations

Un carré est positif ou nul. Si f(x)=(x−3)2−4f(x) = (x - 3)^2 - 4, alors f(x)≥−4f(x) \geq -4 pour tout réel xx, et f(3)=−4f(3) = -4 : le minimum de ff vaut −4-4 et il est atteint en 33.

Propriété. Soit f(x)=a(x−α)2+βf(x) = a(x - \alpha)^2 + \beta.

a>0a > 0 a<0a < 0
Extrémum minimum β\beta, atteint en α\alpha maximum β\beta, atteint en α\alpha
Variations décroissante sur ]−∞ ;α]]-\infty\,;\alpha], croissante sur [α ;+∞[[\alpha\,;+\infty[ croissante sur ]−∞ ;α]]-\infty\,;\alpha], décroissante sur [α ;+∞[[\alpha\,;+\infty[

Le point de coordonnées (α ;β)(\alpha\,;\beta) est le point le plus bas ou le plus haut de la parabole, et la droite verticale d'équation x=αx = \alpha est son axe de symétrie.

Exemple 18. Soit f(x)=−(x−3)2+5f(x) = -(x - 3)^2 + 5. Ici a=−1<0a = -1 < 0 : ff est croissante sur ]−∞ ;3]]-\infty\,;3], décroissante sur [3 ;+∞[[3\,;+\infty[, et son maximum vaut 55, atteint en 33.

5.5 Un peu d'histoire

On trouve chez Diophante, puis chez Al-Khwârizmî, des méthodes de résolution d'équations du second degré. Le travail novateur d'Al-Khwârizmî reste en partie lié à la tradition : il s'appuie sur des considérations géométriques équivalentes à la forme canonique, comme notre carré complété, sans notation algébrique développée et sans nombres négatifs. Nos formules sont l'aboutissement d'un long cheminement vers une écriture efficace et concise.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : compléter le carré
  • Exercice 10 : courbes et extrémums

Exercices du chapitre (PDF, 139 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 147 Ko)

Tu es hors connexion. Les chapitres téléchargés restent disponibles dans Hors connexion.