Équations du second degré : exercices corrigés

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Résolution d’équations

Sans discriminant

Résoudre les équations suivantes, d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\), sans développer ou utiliser le discriminant.

  • \(6x^2+9x=0\)
  • \(2(x+1)(3x+2)+(x+1)^2=0\)
  • \((4x-5)^2-(3x+7)(4x-5)=0\)
  • \((2x+3)^2=(3x-2)^2\)
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  • Soit \(x\) un réel. On a \(6x^2+9x=x(6x+9)\), qui vaut 0 si et seulement si \(x=0\) ou si \(6x+9=0\), c’est-à-dire \(x=-\dfrac{9}{6}=-\dfrac{3}{2}\).
    \[S=\left\{-\dfrac{3}{2};0\right\}\]
  • Soit \(x\) un réel.
    \[2(x+1)(3x+2)+(x+1)^2=(x+1)(2(3x+2)+(x+1))=(x+1)(7x+5)\]
    Cette quantité vaut 0 si et seulement si \(x+1=0\) (c’est-à-dire \(x=-1\)) ou \(7x+5=0\) (c’est-à-dire \(x=-\dfrac{5}{7}\)).
    \[S=\left\{-1;-\dfrac{5}{7}\right\}\]
  • Soit \(x\) un réel.
    \[(4x-5)^2-(3x+7)(4x-5)=(4x-5)(4x-5-(3x+7))=(4x-5)(x-12)\]
    Cette quantité vaut 0 si et seulement si \(4x-5=0\) (c’est-à-dire \(x=\dfrac{5}{4}\)) ou \(x-12=0\) (c’est-à-dire \(x=12\)).
    \[S=\left\{\dfrac{5}{4};12\right\}\]
  • Soit \(x\) un réel. \((2x+3)^2=(3x-2)^2\) si et seulement si \((2x+3)^2-(3x-2)^2=0\). Or :
    \[(2x+3)^2-(3x-2)^2=(2x+3+3x-2)(2x+3-3x+2)=(5x+1)(-x+5)\]
    Cette quantité vaut 0 si et seulement si \(5x+1=0\) (c’est-à-dire \(x=-\dfrac{1}{5}\)) ou \(-x+5=0\) (c’est-à-dire \(x=5\)).
    \[S=\left\{-\dfrac{1}{5};5\right\}\]

En utilisant le discriminant

Résoudre les équations suivantes, d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\).

  • \(x^2+3x+2=0\)
  • \(2x^2-4x+1=0\)
  • \(3x^2+5x+7=0\)
  • \(4x^2+12x+9=0\)
  • \(-5x^2-10x-3=0\)
  • \(-2x^2+5x+7=0\)
  • \(x^2-\sqrt{2}x-3=0\)
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  • Le discriminant du polynôme \(x^2+3x+2\) vaut \(3^2-4\times 1 \times 2 = 1\), qui est strictement positif. L’équation \(x^2+3x+2=0\) admet donc deux solutions réelles distinctes :
    \[x_1=\dfrac{-3-\sqrt{1}}{2\times 1}=-2 \quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-3+\sqrt{1}}{2\times 1}=-1\]
    \(S=\{-2;-1\}\)
  • Le discriminant du polynôme \(2x^2-4x+1\) vaut \((-4)^2-4\times 2 \times 1 = 8\), qui est strictement positif. L’équation \(2x^2-4x+1=0\) admet donc deux solutions réelles distinctes :
    \[x_1=\dfrac{-(-4)-\sqrt{8}}{2\times 2}=1-\dfrac{\sqrt{2}}{2} \quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-4)+\sqrt{8}}{2\times 2}=1+\dfrac{\sqrt{2}}{2}\]
    \(S=\left\{1-\dfrac{\sqrt{2}}{2} ; 1+\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right\}\)
  • Le discriminant du polynôme \(3x^2+5x+7\) vaut \(5^2-4\times 3 \times 7 = -59\), qui est strictement négatif. L’équation \(3x^2+5x+7=0\) n’admet aucune solution réelle.
    \(S=\varnothing\)
  • On peut remarquer que pour tout réel \(x\), \(4x^2+12x+9=(2x+3)^2\). Sinon, on résout avec le discriminant : \(\Delta = 12^2-4\times 4 \times 9 = 0\). L’équation \(4x^2+12x+9=0\) admet une unique solution.
    \(S=\left\{-\dfrac{3}{2}\right\}\)
  • Le discriminant du polynôme \(-5x^2-10x-3\) vaut \((-10)^2-4\times (-3) \times (-5) = 40\), qui est strictement positif. L’équation \(-5x^2-10x-3=0\) admet donc deux solutions réelles distinctes :
    \[x_1=\dfrac{-(-10)-\sqrt{40}}{2\times (-5)}=-1+\dfrac{\sqrt{10}}{5} \quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-10)+\sqrt{40}}{2\times (-5)}=-1-\dfrac{\sqrt{10}}{5}\]
    \(S=\left\{-1-\dfrac{\sqrt{10}}{5} ; -1+\dfrac{\sqrt{10}}{5}\right\}\)
  • Le discriminant du polynôme \(-2x^2+5x+7\) vaut \(5^2-4\times (-2) \times 7 = 81\), qui est strictement positif. L’équation \(-2x^2+5x+7=0\) admet donc deux solutions réelles distinctes :
    \[x_1=\dfrac{-5-\sqrt{81}}{2\times (-2)}=\dfrac{-14}{-4}=\dfrac{7}{2} \quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-5+\sqrt{81}}{2\times (-2)}=\dfrac{4}{-4}=-1\]
    \(S=\left\{-1;\dfrac{7}{2}\right\}\)
  • Le discriminant du polynôme \(x^2-\sqrt{2}x-3\) vaut \((-\sqrt{2})^2-4\times 1 \times (-3) = 14\), qui est strictement positif. L’équation \(x^2-\sqrt{2}x-3=0\) admet donc deux solutions réelles distinctes :
    \[x_1=\dfrac{-(-\sqrt{2})-\sqrt{14}}{2}\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-\sqrt{2})+\sqrt{14}}{2}\]
    \(S=\left\{\dfrac{\sqrt{2}-\sqrt{14}}{2};\dfrac{\sqrt{2}+\sqrt{14}}{2}\right\}\)

Avec des quotients

Donner les domaines de résolution puis résoudre les équations suivantes, d’inconnue \(x\in \mathbb{R}\).

  • \(\dfrac{4x^2+3x-1}{x+2}=0\)
  • \(\dfrac{x^2-5x+6}{x^2-9}=0\)
  • \(\dfrac{-8x^2+6x+2}{x^2+3x-4}=0\)
  • \(\dfrac{3}{x-1}+\dfrac{4x}{2x-1}=0\)
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  • Le domaine de résolution est \(\mathbb{R} \setminus \{-2\}\). Cherchons maintenant les racines du polynôme au numérateur. Le discriminant de \(4x^2+3x-1\) est \(\Delta = 3^2-4\times 4\times(-1)=25\). Ce polynôme admet donc deux racines qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-3-\sqrt{25}}{2\times 4}=-1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-3+\sqrt{25}}{2\times 4}=\dfrac{1}{4}\]
    Ces deux racines font partie du domaine de résolution.
    \(S=\left\{-1;\dfrac{1}{4}\right\}\).
  • Le domaine de résolution est \(\mathbb{R} \setminus \{-3;3\}\). Cherchons maintenant les racines du polynôme au numérateur. Le discriminant de \(x^2-5x+6\) est \(\Delta = (-5)^2-4\times 1\times 6=1\). Ce polynôme admet donc deux racines qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-(-5)-\sqrt{1}}{2\times 1}=2\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-5)+\sqrt{1}}{2\times 1}=3\]
    Or, \(3\) ne fait pas partie du domaine de résolution.
    \(S=\left\{2\right\}\).
  • Pour déterminer le domaine de résolution, on cherche les racines du polynôme au dénominateur. Le discriminant du polynôme \(x^2+3x-4\) est \(3^2-4\times 1\times (-4)=25\). Le polynôme \(x^2+3x-4\) admet deux racines :
    \[x_1=\dfrac{-3-\sqrt{25}}{2\times 1}=-4\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-3+\sqrt{25}}{2\times 1}=1\]
    Le domaine de résolution est donc \(\mathbb{R}\setminus \{-4;1\}\).
    Cherchons maintenant les racines du polynôme au numérateur. Le discriminant de \(-8x^2+6x+2\) est \(\Delta = 6^2-4\times (-8)\times 2=100\). Ce polynôme admet donc deux racines qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-6-\sqrt{100}}{2\times (-8)}=1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-6+\sqrt{100}}{2\times (-8)}=-\dfrac{1}{4}\]
    Or, \(1\) ne fait pas partie du domaine de résolution.
    \(S=\left\{-\dfrac{1}{4}\right\}\).
  • Le domaine de résolution est \(\mathbb{R} \setminus \left\{\dfrac{1}{2};1\right\}\).
    Pour tout réel \(x\in \mathbb{R} \setminus \left\{\dfrac{1}{2};1\right\}\) :
    \[\dfrac{3}{x-1}+\dfrac{4x}{2x-1} = \dfrac{3(2x-1)+4x(x-1)}{(x-1)(2x-1)}=\dfrac{6x-3+4x^2-4x}{(x-1)(2x-1)}=\dfrac{4x^2+2x-3}{(x-1)(2x-1)}\]
    Cherchons maintenant les racines du polynôme au numérateur. Le discriminant de \(4x^2+2x-3\) est \(\Delta = 2^2- 4\times 4\times(-3)=52\). Ce polynôme admet donc deux racines qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-2-\sqrt{52}}{2\times 4}=-\dfrac{1}{4}-\dfrac{\sqrt{13}}{4} \quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-2+\sqrt{52}}{2\times 4}=-\dfrac{1}{4}+\dfrac{\sqrt{13}}{4}\]
    (On remarque que \(\sqrt{52}=\sqrt{4\times 13}=\sqrt{4} \times \sqrt{13}=2\sqrt{13}\)).
    Ces racines font bien partie du domaine de résolution.
    \(S=\left\{-\dfrac{1}{4}-\dfrac{\sqrt{13}}{4}\,;\,-\dfrac{1}{4}+\dfrac{\sqrt{13}}{4}\right\}\).

Changement de variable (1)

On considère l’équation \((E)\), d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\) suivante :
\[ (E)\quad:\quad 3x^4+5x^2-12 =0\]

  1. Pour \(x\) un réel, on pose \(X=x^2\). Réécrire l’équation \((E)\) sous la forme d’une nouvelle équation \((E’)\), d’inconnue \(X\).
  2. Résoudre l’équation \((E’)\).
  3. En déduire les solutions de l’équation \((E)\) sur \(\mathbb{R}\).
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  1. Si \(X=x^2\), alors \(X^2=x^4\). L’équation \((E)\) peut être réécrite sous la forme :
    \[ (E’)\quad:\quad 3X^2+5X-12=0 \]
  2. Calculons le discriminant \(\Delta\) du polynôme \(3X^2+5X-12\). \(\Delta=5^2-4\times 3 \times (-12)=169\) qui est strictement positif. Le polynôme admet donc deux racines :
    \[X_1=\dfrac{-5-\sqrt{169}}{2\times 3}=-3\quad \text{et}\quad X_2=\dfrac{-5+\sqrt{169}}{2\times 3}=\dfrac{4}{3}\]
    L’ensemble des solutions de \((E’)\) est \(S=\left\{-3;\dfrac{4}{3}\right\}\).
  3. On sait que \(3X^2+5X-12=0\) si et seulement si \(X=-3\) ou \(X=\dfrac{4}{3}\). Or, on a posé \(X=x^2\). \(x\) est donc solution de l’équation \(3x^4+5x^2-12=0\) si et seulement si \(x^2=-3\) ou \(x^2=\dfrac{4}{3}\).
    Le premier cas est impossible, le deuxième admet deux solutions : \(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3}\) et \(\dfrac{2\sqrt{3}}{3}\).
    L’ensemble des solutions de l’équation \((E)\) est donc \(S=\left\{ -\dfrac{2\sqrt{3}}{3} ; \dfrac{2\sqrt{3}}{3}\right\}\).

Changement de variable (2)

Résoudre l’équation \((E)\), d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\setminus \{1\}\) :
\[ (E)\quad :\quad -\dfrac{9}{(x-1)^2}+\dfrac{6}{x-1}+3 = 0\]
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Posons \(X=\dfrac{1}{x-1}\). L’équation \((E)\) devient :
\[ (E’)\quad :\quad -9X^2+6X+3 = 0\]
Résolvons cette équation. Le discriminant \(\Delta\) du polynôme \(-9X^2+6X+3\) vaut \(\Delta=6^2-4\times (-9) \times 3=144\) qui est strictement positif. Il y a donc deux racines à ce polynôme :
\[X_1=\dfrac{-6-\sqrt{144}}{2\times (-9)}=1\quad \text{et}\quad X_2=\dfrac{-6+\sqrt{144}}{2\times (-9)}=-\dfrac{1}{3}\]
Ainsi, \(-9X^2+6X+3 = 0\) si et seulement si \(X=1\) ou \(X=-\dfrac{1}{3}\).

En revenant à l’équation de départ, cela signifie que \(-\dfrac{9}{(x-1)^2}+\dfrac{6}{x-1}+3 = 0\) si et seulement si :

  • \(\dfrac{1}{x-1}=1\), c’est-à-dire \(x-1=1\), soit \(x=2\)
  • \(\dfrac{1}{x-1}=-\dfrac{1}{3}\), c’est-à-dire \(x-1=-3\), soit \(x=-2\)

Les solutions de l’équation \((E)\) sont donc \(-2\) et \(2\).

On considère 3 réels \(a\), \(b\) et \(c\), avec \(a\) et \(c\) non nuls. On s’intéresse à l’équation d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\) suivante :
\[(E)\quad:\quad ax^2+bx+c=0\]

  1. Montrer que si \(a\) et \(c\) sont de signes contraires, alors l’équation \((E)\) admet deux solutions distinctes.
  2. La réciproque est-elle vraie ?
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  1. Si \(a\) et \(c\) sont de signes contraires, cela signifie que le produit \(ac\) est strictement négatif (\(ac < 0\)). Par conséquent, \(-4ac > 0\). On a donc \(\Delta = b^2 – 4ac > 0\) car c’est la somme d’un réel positif ou nul (\(b^2\)) et d’un réel strictement positif (\(-4ac\)). Le discriminant étant strictement positif, l’équation \((E)\) admet bien deux solutions réelles distinctes.
  2. La réciproque est fausse : le polynôme \(x^2+3x+1\) possède deux racines distinctes (son discriminant vaut \(\Delta = 3^2 – 4(1)(1) = 5 > 0\)) mais ses coefficients extrêmes \(a\) et \(c\) sont tous les deux positifs.

Interprétation graphique

Signe du discriminant

Les fonctions, dont les courbes sont tracées ci-dessous dans un repère orthonormé, sont toutes des fonctions polynomiales du second degré. Dans chacun des cas, déterminer graphiquement le signe du coefficient \(a\) de \(x^2\), ainsi que le signe du discriminant du polynôme.

Fonction 1

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Fonction 2

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Fonction 3

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  • Courbe 1 : La fonction est décroissante puis croissante (parabole tournée vers le haut) : \(a > 0\).
    La courbe coupe deux fois l’axe des abscisses, il y a donc 2 racines : \(\Delta > 0\).
  • Courbe 2 : La fonction est décroissante puis croissante (parabole tournée vers le haut) : \(a > 0\).
    La courbe ne coupe pas l’axe des abscisses, il n’y a donc pas de racine réelle : \(\Delta < 0\).
  • Courbe 3 : La fonction est croissante puis décroissante (parabole tournée vers le bas) : \(a < 0\).
    La courbe effleure l’axe des abscisses en un unique point de contact (sommet de la parabole), il y a donc 1 racine double : \(\Delta = 0\).

Intersection de courbes

On considère les fonctions \(f:x\mapsto x^2-x-2\) et \(g:x\mapsto 2x+2\), toutes deux définies sur \(\mathbb{R}\). Les courbes des fonctions \(f\) et \(g\) sont données ci-dessous, tracées dans un repère orthonormé.

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  1. Quelle est la courbe de la fonction \(f\) ? Celle de la fonction \(g\) ?
  2. Résoudre graphiquement, puis par le calcul, l’équation \(f(x)=0\) sur \(\mathbb{R}\).
  3. L’équation \(f(x)=-3\) semble-t-elle avoir des solutions sur \(\mathbb{R}\) ? Retrouver ce résultat par le calcul.
  4. Résoudre graphiquement \(f(x)=g(x)\) sur \(\mathbb{R}\).
  5. Retrouver ces résultats par le calcul.
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  1. La fonction \(g\) est une fonction affine du premier degré, sa courbe représentative est donc la droite (en bleu). L’autre courbe (la parabole) est celle de la fonction du second degré \(f\).
  2. Graphiquement, la courbe de \(f\) coupe l’axe des abscisses en \(x=-1\) et \(x=2\).
    Par le calcul : on résout \(f(x)=x^2-x-2=0\). Le discriminant vaut \((-1)^2-4\times 1 \times (-2)=9\). L’équation possède deux solutions :
    \[x_1=\dfrac{-(-1)-\sqrt{9}}{2\times 1}=-1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-1)+\sqrt{9}}{2\times 1}=2\]
  3. Graphiquement, la parabole ne descend jamais jusqu’à la droite horizontale \(y=-3\). L’équation \(f(x)=-3\) semble ne pas avoir de solutions sur \(\mathbb{R}\).
    Par le calcul : on résout \(f(x)=x^2-x-2=-3\), c’est-à-dire \(x^2-x+1=0\). Le discriminant vaut \((-1)^2 – 4 \times 1 \times 1 = -3\), qui est strictement négatif. Cette équation ne possède donc pas de solution réelle.
  4. Graphiquement, les courbes de \(f\) et \(g\) se coupent en \(x=-1\) et \(x=4\).
  5. Par le calcul : on résout l’équation \(f(x)=g(x)\), c’est-à-dire \(x^2-x-2=2x+2\), soit \(x^2-3x-4=0\).
    Le discriminant de \(x^2-3x-4\) vaut \(\Delta = (-3)^2-4\times 1 \times (-4)=25\). L’équation admet donc deux solutions :
    \[x_1=\dfrac{-(-3)-\sqrt{25}}{2\times 1}=-1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-3)+\sqrt{25}}{2\times 1}=4\]

Factorisation

Factoriser un polynôme

  1. Déterminer les racines du polynôme \(3x^2+8x+4\).
  2. En déduire la forme factorisée du polynôme \(3x^2+8x+4\).
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  1. Calculons le discriminant \(\Delta\) du polynôme \(3x^2+8x+4\). \(\Delta=8^2-4\times 4 \times 3 = 16\) qui est strictement positif. Ce polynôme admet donc deux racines :
    \[x_1=\dfrac{-8-\sqrt{16}}{2\times 3}=-2\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-8+\sqrt{16}}{2\times 3}=-\dfrac{4}{6}=-\dfrac{2}{3}\]
  2. Pour tout réel \(x\), la forme factorisée est \(a(x-x_1)(x-x_2)\), soit :
    \[ 3x^2+8x+4 = 3(x+2)\left(x+\dfrac{2}{3}\right) \]
On considère la fonction \(f:x\mapsto 8x^3-14x^2-7x+6\), définie sur \(\mathbb{R}\).

  1. Montrer que \(f(2)=0\).
  2. On cherche trois réels \(a\), \(b\) et \(c\) tels que, pour tout \(x\in\mathbb{R}\), on ait :
    \[ f(x)=(x-2)(ax^2+bx+c) \]
    En développant cette expression, déterminer les valeurs des réels \(a\), \(b\) et \(c\).
  3. En déduire les solutions de l’équation \(f(x)=0\) sur \(\mathbb{R}\), puis une forme factorisée, pour tout réel \(x\), de \(f(x)\).
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  1. \(f(2)=8\times 2^3-14\times 2^2-7\times 2 + 6=64-56-14+6=0\).
  2. Soit \(a\), \(b\) et \(c\) trois réels. Pour tout réel \(x\), on développe :
    \[(x-2)(ax^2+bx+c)=ax^3+bx^2+cx-2ax^2-2bx-2c=ax^3+(b-2a)x^2+(c-2b)x-2c\]
    On identifie les coefficients de ce polynôme avec ceux du polynôme \(8x^3-14x^2-7x+6\). On obtient ainsi :

    • \(a=8\)
    • \(b-2a=-14\), c’est-à-dire \(b-16=-14 \Rightarrow b=2\)
    • \(c-2b=-7\), c’est-à-dire \(c-4=-7 \Rightarrow c=-3\)
    • On vérifie bien pour le terme constant que \(-2c = -2(-3) = 6\).

    Pour tout réel \(x\), on a donc \(f(x)=(x-2)(8x^2+2x-3)\).

  3. Soit \(x\) un réel. \(f(x)=0\) si et seulement si \((x-2)(8x^2+2x-3)=0\), c’est-à-dire si \(x-2=0\) ou \(8x^2+2x-3=0\).
    Le premier cas nous donne \(x=2\).
    Cherchons les racines du polynôme du second degré \(8x^2+2x-3\). Son discriminant vaut \(2^2 – 4 \times 8 \times (-3) = 100\) qui est strictement positif. Ce polynôme admet deux racines qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-2-\sqrt{100}}{2\times 8}=-\dfrac{12}{16}=-\dfrac{3}{4}\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-2+\sqrt{100}}{2\times 8}=\dfrac{8}{16}=\dfrac{1}{2}\]
    Les solutions de l’équation \(f(x)=0\) sont donc \(2\), \(-\dfrac{3}{4}\) et \(\dfrac{1}{2}\).

    Une forme factorisée complète est donc :
    \[ f(x) = (x-2) \times 8 \left(x+\dfrac{3}{4}\right)\left(x-\dfrac{1}{2}\right) \]

Interprétation graphique

Les courbes représentatives de plusieurs fonctions polynômes du second degré sont représentées ci-dessous. Dans chaque cas, déterminer une expression algébrique de la fonction, selon la variable réelle \(x\), sous forme factorisée.

Fonction \(f\)

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Fonction \(g\)

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Fonction \(h\)

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  • La courbe \(f\) s’annule en \(x=1\) et en \(x=3\). Son expression est donc de la forme \(f(x)=a(x-1)(x-3)\). Par ailleurs, on voit graphiquement que \(f(2)=-1\), donc \(a(2-1)(2-3)=-1\) soit \(-a=-1 \Rightarrow a=1\).
    Finalement, pour tout réel \(x\), \(f(x)=(x-1)(x-3)\).
  • La courbe \(g\) s’annule en \(x=-2\) et en \(x=2\). Son expression est donc de la forme \(g(x)=a(x-2)(x+2)\). Par ailleurs, on voit graphiquement que \(g(0)=-2\), donc \(a(0-2)(0+2)=-2\) soit \(-4a=-2 \Rightarrow a=\dfrac{1}{2}\).
    Finalement, pour tout réel \(x\), \(g(x)=\dfrac{1}{2}(x-2)(x+2)\).
  • La courbe \(h\) s’annule en \(x=-1\) et en \(x=3\). Son expression est donc de la forme \(h(x)=a(x+1)(x-3)\). Par ailleurs, on voit graphiquement que \(h(0)=3\), donc \(a(0+1)(0-3)=3\) soit \(-3a=3 \Rightarrow a=-1\).
    Finalement, pour tout réel \(x\), \(h(x)=-(x+1)(x-3)\).

Inéquations

Résolution d’inéquations

Résoudre les inéquations suivantes sur \(\mathbb{R}\).

  • \(x^2-5x+6 > 0\)
  • \( 2x^2+3x-5 \leqslant 0\)
  • \(-5x^2+6x-1 \geqslant 0\)
  • \(-8x^2+7x-4 > 0\)
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  • Le discriminant du polynôme \(x^2-5x+6\) vaut \((-5)^2-4 \times 1 \times 6 = 1\). Ce polynôme admet donc deux racines réelles qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-(-5)-\sqrt{1}}{2\times 1}=2\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-5)+\sqrt{1}}{2\times 1}=3\]
    Construisons le tableau de signes de \(x^2-5x+6\). Son coefficient dominant vaut \(1\) qui est strictement positif.

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    Ainsi, l’ensemble des solutions de \(x^2-5x+6 > 0\) est \(S=\mathopen]-\infty;2\mathclose[ \cup \mathopen]3;+\infty \mathclose[\).

  • Le discriminant du polynôme \(2x^2+3x-5\) vaut \(3^2-4 \times 2 \times (-5) = 49\). Ce polynôme admet donc deux racines réelles qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-3-\sqrt{49}}{2\times 2}=-\dfrac{5}{2}\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-3+\sqrt{49}}{2\times 2}=1\]
    Construisons le tableau de signes de \(2x^2+3x-5\). Son coefficient dominant vaut \(2\) qui est strictement positif.

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    Ainsi, l’ensemble des solutions de \(2x^2+3x-5 \leqslant 0\) est \(S=\left[-\dfrac{5}{2}\,;\,1\right]\).

  • Le discriminant du polynôme \(-5x^2+6x-1\) vaut \(6^2-4 \times (-5) \times (-1) = 16\). Ce polynôme admet donc deux racines réelles qui sont :
    \[x_1=\dfrac{-6-\sqrt{16}}{2\times (-5)}=1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-6+\sqrt{16}}{2\times (-5)}=\dfrac{1}{5}\]
    Construisons le tableau de signes de \(-5x^2+6x-1\). Son coefficient dominant vaut \(-5\) qui est strictement négatif.

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    Ainsi, l’ensemble des solutions de \(-5x^2+6x-1 \geqslant 0\) est \(S=\left[\dfrac{1}{5}\, ; \, 1 \right]\).

  • Le discriminant du polynôme \(-8x^2+7x-4\) vaut \(7^2-4 \times (-8) \times (-4) = 49 – 128 = -79\). Ce polynôme n’admet donc aucune racine réelle. Son coefficient dominant vaut \(-8\) qui est strictement négatif, le polynôme est donc toujours négatif sur \(\mathbb{R}\).

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    Ainsi, il n’y a aucune solution à l’inéquation \(-8x^2+7x-4 > 0\). \(S=\varnothing\).

Déterminer les domaines de définition des fonctions suivantes :

  • \(f:x\mapsto \sqrt{ 2x^2+7x+3}\)
  • \( g:x\mapsto \dfrac{3x+7}{\sqrt{-2x^2-9x+11}}\)
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  • \(\sqrt{ 2x^2+7x+3}\) n’est définie que si \(2x^2+7x+3 \geqslant 0\).
    Le discriminant du polynôme \(2x^2+7x+3\) vaut \(7^2-4 \times 2 \times 3 = 25\). Les racines de ce polynôme sont donc :
    \[x_1=\dfrac{-7-\sqrt{25}}{2\times 2}=-3\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-7+\sqrt{25}}{2\times 2}=-\dfrac{1}{2}\]
    Construisons alors le tableau de signes de \(2x^2+7x+3\). Son coefficient dominant vaut \(2\), qui est positif.

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    Ainsi, le domaine de définition de \(f\) est \(\mathcal{D}_f = \mathopen]-\infty \, ; \, -3\mathclose] \cup \left[-\dfrac{1}{2} \, ; \, +\infty \right[\).

  • \(\dfrac{3x+7}{\sqrt{-2x^2-9x+11}}\) n’est définie que si \(-2x^2-9x+11 > 0\) (la quantité sous la racine doit être positive ou nulle, mais comme elle est au dénominateur, elle ne doit pas valoir 0).
    Le discriminant du polynôme \(-2x^2-9x+11\) vaut \((-9)^2-4 \times (-2)\times 11 = 169\). Les racines de ce polynôme sont donc :
    \[x_1=\dfrac{-(-9)-\sqrt{169}}{2\times (-2)}=1\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-9)+\sqrt{169}}{2\times (-2)}=-\dfrac{11}{2}\]
    Construisons alors le tableau de signes de \(-2x^2-9x+11\). Son coefficient dominant vaut \(-2\), qui est négatif.

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    Ainsi, le domaine de définition de \(g\) est l’intervalle où le polynôme est strictement positif : \(\mathcal{D}_g = \left]-\dfrac{11}{2} \, ; \, 1 \right[\).

Soit \(m\) un paramètre réel, on considère l’équation \((E)\), d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\) suivante :
\[ (E)\quad:\quad 2x^2+mx+m+\dfrac{5}{2} = 0\]
Déterminer, selon les valeurs de \(m\), le nombre de solutions de l’équation \((E)\).
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Le discriminant du polynôme de variable $x$ vaut :
\[ \Delta = m^2 – 4 \times 2 \times \left(m+\dfrac{5}{2}\right) = m^2 -8m -20 \]
Il faut donc étudier le signe de ce discriminant pour déterminer le nombre de solutions de l’équation \((E)\).

Il s’agit d’étudier un nouveau polynôme du second degré en variable \(m\). Le discriminant de ce nouveau polynôme vaut \((-8)^2-4\times 1 \times (-20) = 64 + 80 = 144\). Les racines de \(m^2 -8m -20\) sont donc :
\[m_1=\dfrac{-(-8)-\sqrt{144}}{2\times 1}=-2\quad \text{et}\quad m_2=\dfrac{-(-8)+\sqrt{144}}{2\times 1}=10\]
On peut alors construire le tableau de signes de \(m^2 -8m -20\). Son coefficient dominant vaut \(1\) qui est positif.

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Ainsi :

  • Lorsque \(m\in\left]-\infty ; -2 \right[ \cup \left]10 ; +\infty \right[\), \(\Delta > 0\) et l’équation \((E)\) admet deux solutions distinctes.
  • Lorsque \(m=-2\) ou \(m=10\), \(\Delta = 0\) et l’équation \((E)\) admet une unique solution (racine double).
  • Lorsque \(m\in\left] -2 \, ; \, 10 \right[\), \(\Delta < 0\) et l'équation \((E)\) ne possède aucune solution réelle.

Coefficients et racines

Racine évidente

Pour chacune des équations suivantes, d’inconnue \(x\in\mathbb{R}\), déterminer une solution évidente, puis déterminer la deuxième sans calcul du discriminant.

  • \(3x^2-5x+2=0\)
  • \(2x^2-8x+6=0\)
  • \(4x^2 +11x+ 7=0\)
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  • Pour \(3x^2-5x+2=0\) : On remarque que la somme des coefficients \(3 – 5 + 2 = 0\), donc \(1\) est une racine évidente. Notons \(x_2\) la deuxième racine. Le produit des racines vaut $\frac{c}{a}$, donc \(1 \times x_2 = \dfrac{2}{3}\), soit \(x_2=\dfrac{2}{3}\).
    Ainsi, \(S=\left\{\dfrac{2}{3} ; 1\right\}\).
  • Pour \(2x^2-8x+6=0\) : On remarque que la somme des coefficients \(2 – 8 + 6 = 0\), donc \(1\) est une racine évidente. Notons \(x_2\) la deuxième racine. Le produit des racines vaut $\frac{c}{a}$, donc \(1 \times x_2 = \dfrac{6}{2}=3\), soit \(x_2=3\).
    Ainsi, \(S=\left\{1 ; 3\right\}\).
  • Pour \(4x^2 +11x+ 7=0\) : On remarque que \(4 – 11 + 7 = 0\), donc \(-1\) est une racine évidente. Notons \(x_2\) la deuxième racine. Le produit des racines vaut $\frac{c}{a}$, donc \(-1 \times x_2 = \dfrac{7}{4}\), soit \(x_2=-\dfrac{7}{4}\).
    Ainsi, \(S=\left\{-\dfrac{7}{4} ; -1\right\}\).

Somme et produit fixés (1)

Trouver deux réels dont la somme vaut 10 et dont le produit vaut 13.
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Notons \(x_1\) et \(x_2\) ces réels. On sait qu’ils sont les solutions de l’équation du second degré \(X^2 – SX + P = 0\), soit ici : \(x^2-10x+13=0\).

Le discriminant du polynôme \(x^2-10x+13\) vaut \((-10)^2-4\times 1 \times 13 = 100 – 52 = 48\). Les deux nombres recherchés sont donc :
\[x_1=\dfrac{-(-10)-\sqrt{48}}{2\times 1}=\dfrac{10-4\sqrt{3}}{2}=5-2\sqrt{3}\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-10)+\sqrt{48}}{2\times 1}=\dfrac{10+4\sqrt{3}}{2}=5+2\sqrt{3}\]

Somme et produit fixés (2)

Existe-t-il deux réels dont la somme vaut 9 et le produit vaut 27 ?
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Notons \(x_1\) et \(x_2\) les éventuelles solutions de ce problème : ce sont les solutions de l’équation \(x^2-9x+27=0\).

Or, le discriminant de \(x^2-9x+27\) vaut \((-9)^2-4\times 1 \times 27 = 81 – 108 = -27\), qui est strictement négatif. L’équation \(x^2-9x+27=0\) n’admet donc aucune solution réelle.
Il n’existe donc pas de couple de réels dont la somme vaut 9 et le produit 27.

Périmètre et aire

Pour placer un grillage autour d’un jardinet rectangulaire de 32 m\(^2\), un particulier a dû utiliser 36 m de grillage. Quelles sont les dimensions exactes de ce jardin ?
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Notons \(x_1\) et \(x_2\) les dimensions de ce jardinet, en mètres. L’aire vaut 32, donc \(x_1x_2=32\). Le périmètre vaut 36, donc \(2(x_1+x_2)=36\) soit le demi-périmètre \(x_1+x_2=18\).

\(x_1\) et \(x_2\) ont pour somme 18 et pour produit 32. Ils sont donc les solutions de l’équation \(x^2-18x+32=0\).

Le discriminant du polynôme \(x^2-18x+32\) vaut \((-18)^2-4 \times 1 \times 32 = 324 – 128 = 196\). Ainsi :
\[x_1=\dfrac{-(-18)-\sqrt{196}}{2\times 1}=\dfrac{18-14}{2}=2\quad \text{et}\quad x_2=\dfrac{-(-18)+\sqrt{196}}{2\times 1}=\dfrac{18+14}{2}=16\]
Les dimensions du jardinet sont de \(2\) m par \(16\) m.

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