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Ch. 06 Mathématiques · Terminale Industrielle (TF1/F4)

Fonctions numériques particulières

Étude complète de fonctions rationnelles, irrationnelles et composées : domaine, limites, dérivée, variations et tracé.

1. Fonctions rationnelles

Définition

Une fonction rationnelle est le quotient de deux fonctions polynômes : f(x) = P(x)/Q(x). Son domaine exclut les zéros de Q(x).

Exemple

f(x) = (2x−1)/(x+3), domaine ℝ \ {−3}. Asymptote verticale x=−3 ; asymptote horizontale y=2 (car le degré du numérateur = degré du dénominateur, limite du quotient des coefficients dominants = 2/1 = 2).

2. Fonctions irrationnelles

Définition

Une fonction contenant une racine carrée : f(x) = √(u(x)), domaine défini par u(x) ≥ 0. Dérivée : f′(x) = u′(x) / (2√(u(x))).

Exemple

f(x) = √(x²−4) : domaine défini par x²−4 ≥ 0, soit x ≤ −2 ou x ≥ 2.

3. Méthode d'étude complète

Étapes
  • Déterminer le domaine de définition
  • Calculer les limites aux bornes (et rechercher les asymptotes)
  • Calculer la dérivée et étudier son signe
  • Dresser le tableau de variations
  • Tracer la courbe en s'appuyant sur quelques valeurs et les asymptotes

🧠 À retenir absolument

  • Fonction rationnelle : domaine = ℝ privé des zéros du dénominateur
  • √(u(x)) : domaine défini par u(x) ≥ 0 ; dérivée u′/(2√u)
  • Asymptote verticale en un zéro du dénominateur non compensé au numérateur
  • Asymptote horizontale : limite du quotient à l'infini (si elle existe)
  • Toujours suivre la méthode : domaine → limites → dérivée → variations → courbe
1

Domaine et asymptote verticale

● Facile

f(x) = (x+1)/(x−2). Déterminer le domaine de définition et l'équation de l'asymptote verticale.

✅ Correction

Le dénominateur s'annule pour x=2. Domaine : D = ℝ \ {2}. Asymptote verticale : x = 2.

2

Domaine d'une fonction irrationnelle

● Facile

f(x) = √(3−x). Déterminer le domaine de définition.

✅ Correction

Il faut 3−x ≥ 0, soit x ≤ 3. D = ]−∞, 3].

3

Asymptote horizontale

● Moyen

f(x) = (3x−1)/(x+2). Calculer les limites en +∞ et −∞, et donner l'équation de l'asymptote horizontale.

✅ Correction

Pour x → ±∞, on factorise par x au numérateur et au dénominateur : f(x) = x(3−1/x) / (x(1+2/x)) = (3−1/x)/(1+2/x) → 3/1 = 3.

Limite en +∞ et en −∞ : 3. Asymptote horizontale : y = 3.

4

Dérivée d'une fonction irrationnelle

● Moyen

f(x) = √(x²+1). Calculer f′(x) et son signe sur ℝ.

✅ Correction

u(x)=x²+1, u′(x)=2x. f′(x) = u′(x)/(2√(u(x))) = 2x/(2√(x²+1)) = x/√(x²+1).

Comme √(x²+1) > 0 toujours, le signe de f′(x) est celui de x : f′(x) < 0 pour x<0, f′(0)=0, f′(x) > 0 pour x>0. f est donc décroissante puis croissante, minimum en x=0.

5

Problème de synthèse

● Difficile

Soit f(x) = (x²−1)/(x−2) définie sur ℝ \ {2}.

  1. Effectuer la division euclidienne de x²−1 par x−2 pour écrire f(x) sous la forme ax+b+c/(x−2).
  2. En déduire l'existence d'une asymptote oblique et son équation.
  3. Étudier la position de la courbe par rapport à cette asymptote selon le signe de c/(x−2).
✅ Correction
  1. x²−1 = (x−2)(x+2) + 3 (vérification : (x−2)(x+2)=x²−4, +3 = x²−1 ✓). Donc f(x) = (x+2) + 3/(x−2).
  2. Quand x → ±∞, 3/(x−2) → 0, donc f(x) − (x+2) → 0 : asymptote oblique d'équation y = x+2.
  3. La différence f(x) − (x+2) = 3/(x−2). Si x>2 : positif, la courbe est au-dessus de l'asymptote. Si x<2 : négatif, la courbe est en-dessous de l'asymptote.

QCM — Auto-évaluation

10 questions · Une seule bonne réponse · Correction immédiate

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0/10Répondues
Question 1 / 10

Le domaine de f(x) = 1/(x−5) est :

Question 2 / 10

Le domaine de f(x) = √(x−4) est :

Question 3 / 10

Pour f(x)=P(x)/Q(x), une asymptote verticale apparaît :

Question 4 / 10

La dérivée de √(u(x)) est :

Question 5 / 10

La limite en +∞ de (2x+1)/(x−3) est :

Question 6 / 10

Une asymptote oblique existe quand :

Question 7 / 10

f(x) = √(9−x²). Le domaine est :

Question 8 / 10

Pour étudier une fonction, l'ordre méthodologique correct est :

Question 9 / 10

f(x)=(x−1)/(x−1) simplifiée sur son domaine vaut :

Question 10 / 10

f(x)=x²/(x−1). Cette fonction admet :