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Niveau seconde
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Démonstation d'une formule

Posté par
lovedesmaths
18-06-18 à 22:47

Bonsoir ! J'adore les maths , le seul problème c'est qu'au lycée ou nous balance des formules sans nous les expliquer , en général je me les démontre moi même mais je n'y arrive pas. C'est la formule de l'abscisse du sommet d'une parabole (fonction polynomes du second degré)
Si jamais quelqu'un sait m'aider je suis preneur.
Merci belle soirée.

Posté par
LeHibou
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:02

Bonsoir,

Parabole : y = ax²+bx+c
As-tu étudié les dérivées ?
Si oui, la dérivée est nulle au sommet :
y' = 2ax+b
2ax+b = 0 => x = -b/2a

Si tu n'as pas encore étudié les dérivées, alors il faut pour l'instant l'accepter comme ça
Je sais, c'est agaçant

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:09

Bonsoir

l'équation d'une parabole courbe représentative d'une fonction  est  y=ax^2+bx+c

on met cette expression sous forme canonique

ax^2+bx+c=a\left(x^2+\dfrac{b}{a}x+\dfrac{c}{a}\right )

on considère que x^2+\dfrac{b}{a}x est le début du développement de \left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2

on a donc x^2+\dfrac{b}{a}x=\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2

on reporte dans l'expression

ax^2+bx+c=a\left(\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\left(\dfrac{b}{2a}\right)^2+\dfrac{c}{a}\right)

en réduisant le terme constant  on obtient

ax^2+bx+c=a\left(\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{b^2}{4a^}+\dfrac{4ac}{4a^2}\right)

=a\left(\left(x+\dfrac{b}{2a}\right)^2-\dfrac{b^2-4ac}{4a^2}\right)

que l'on peut écrire en posant \alpha =-\dfrac{b}{2a} et \beta= \dfrac{4ac-b^2}{4a}

ax^2+bx+c=a(x-\alpha)^2+\beta

en étudiant le sens de variation on démontre que si a>0 la fonction est décroissante sur ]-\infty~;~\alpha[ et croissante sur ]\alpha~;~+\infty[

la fonction admet donc un minimum en \alpha   c'est bien l'abscisse du  sommet de la parabole

si a <0 le sommet est aussi obtenu pour  x=\alpha

on vous en fera la démonstration en première

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:20

Salut

Toute fonction f de degré 2 définie sur R par f(x) = a x ² + bx + c peut s'écrire sous la forme :
f(x) = (x - \alpha)² + \beta

Pour le démontrer, et bien tu pars de la forme développée : f(x) =ax² +  bx + c
comme f est du second degré, tu sais quea \neq O, sinon on retombe sur une fonction affine

mise en facteur

f(x) = a x² + bx + c \Leftrightarrow a \left(x² + \frac{b}{a}x +\frac{c}{a}\right)

et là tu reconnais le début d'une identité remarquable dans x² + \frac{b}{a}x

\left(x +\frac{b}{2a}\right)² = x² + 2 \frac{b}{2a}.x +\left(\frac{b}{2a}\right)²

tu en déduis f(x) = a \left[\left(x +\frac{b}{2a}\right)² - \left(\frac{b}{2a}\right)² + \frac{c}{a}\right]\Leftrightarrow f(x) = a \left[\left(x + \frac{b}{2a})\right² - \frac{b²}{4a²} + \frac{4ac}{4a²} \right] \Leftrightarrow f(x) =a\left[\left(x +\frac{b}{2a}\right)² +\frac{4ac}{4a²} - \frac{b²}{4a²}\right]\Leftrightarrow f(x) = a \left[\left(x +\frac{b}{2a}\right)² + \frac{  4ac - b²}{4ac}\right]\Leftrightarrow f(x) = a \left[\left(x +\frac{b}{2a}\right)² - \frac{b²  - 4ac}{4a² } \right]

f(x) =a \left(x + \frac{b}{2a}\right)² - \frac{b²  - 4ac}{4a}

Tu poses \alpha = -\frac{b}{2a} et \beta = - \frac{b²  - 4ac}{4a} pour avoir
f(x) = a \left(x-\alpha\right)² + \beta

et ton alpha est l'absisse du somment

Voilà, je t'ai recopié ce que l'on a fait en séance TD

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:21

j'avais pas vu que Heckla avait répondu
j'espère ne pas avoir dérangé

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:24

Oui mais vous me posez des \alpha  = abscisse du sommet etc et vous me montrez comment mettre le trinomes sous formes canoniques , ça je sais faire , juste mise a part la démo avec la dérivé précedente rien ne montre que -b/2a est le sommet

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:27

c'est la forme canonique f(x) = a (x - \alpha)² + \beta
qui te permet d'avoir les coordonnées du sommet (\alpha; \beta)

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:29

ça j'ai bien compris , apha  -b/2a et beta  f(-b/2a) , mais le truc c'est que je vois pas d'où on peut afirmer que -b/2a est l'abscisse du sommet.(je suis têtu )

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:33


La parabole a pour axe de symétrie la droite d'équation x =- \frac{b}{2a}

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:34

je vous ai dit que l'on démontrait dans le cas où a était strictement positif que la fonction était décroissante avant \alpha et croissante après

ce qui veut bien dire que pour \alpha , f admet  un minimum pour la fonction donc le sommet de la parabole  a bien comme coordonnées (\alpha~;~\beta)
 \\
ou que x=\alpha est un axe de symétrie pour la courbe ( repère orthonormé)

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:37

ce qui veut bien dire que pour \alpha , f admet  un minimum pour la fonction

édite  cause français

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:44

il faut démontrer que :
si a > 0
  f est strictement décroissante  sur ]-\infty.-\frac{b}{2a}]
et strictement croissante sur [-\frac{b}{2a};+\infty[

si a < 0
alors f est strictement croissante sur  ]-\infty.-\frac{b}{2a}]
et strictement décroissante sur  [-\frac{b}{2a};+\infty[

pour cela il faut comparer deux images et utiliser le théorème de la fonction croissante et de la fonction décroissante et comme x = -\frac{b}{2a} est  la droite qui représente l'axe de symétrie
et bien tu démontres du même coup : -\frac{b}{2a}  est l'abscisse

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:46

on l'a vu rapidement avec notre prof, mais la démonstration est très astucieuse...

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:52

Je me suis aider de vos idées pour vous montrer ce que j'ai trouver ,
Soit f la fonction f : ax²+bx+c
On résout : f(x) = c
On a : x = 0               ou x = -b/a
On calcule le milieu des deux points :
0 + (-b/a) /2 = -b/2a
Là on trouve que l'axe de symétrie est en x  = -b/2a
Corrigez moi si faux.
Merci pour votre aide

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 00:56

tu résous f(x) = 0
c'est à dire : ax² + bx + c = 0
c'est bien ça ?

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:01

là j'ai résolu f(x) =c pour avoir les deux solution , calculer le milieu des deux solutions et donc avoir l'équation de l'axe de symétrie et donc avoir l'abscisse du sommet

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:05

tu poses f(x) = c <=> ax² + bx + c = c <=> ax² + bx + c - c = 0 <=> ax² + bx = 0 <=> x (ax + b) = 0 <=> x = 0 ou x = -b/a

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:10

Exactement , et après j'ai calculé le milieu des deux points (solutions) et donc qui m'a fait x=-/2a car 0+(-b/a)/2 = -b/2a et donc l'axe de symétrie a pour équation x=-b/2a et donc l'abscisse du sommet est x= -b/2a

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:13

si a > 0 alors -b/a est du signe de - b
et si a < 0 alors -b/a est du signe de - a

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:14

un cas particulier n'est pas le cas général

pour montrer que x=\dfrac{-b}{2a}  est un axe de symétrie  

on considère deux points M et M' tels que x_M= \dfrac{-b}{2a}+h et x_{M'}=\dfrac{-b}{2a}-h

h étant un réel quelconque  on montre alors qu'ils ont même ordonnée


il n'y a pas d'astuce dans la démonstration du sens de variation  de x\mapsto ax^2+bx+c

elle s'appuie sur le sens de variation de la fonction carré  et des propriétés de < sans oublier bien entendu de la définition d'une fonction croissante ou

décroissante

on considère deux réels x_1 et x_2  tels que x_1<x_2 et on va construire au fur et à mesure la fonction

x_1<x_2

x_1-\alpha<x_2-\alpha  

maintenant pour pouvoir appliquer le sens de variation de la fonction carré il faut que ces éléments soit ou positifs ou négatifs

donc on rectifie \alpha <x_1<x_2

on a donc 0<x_1-\alpha<x_2-\alpha 
 \\
en passant au carré on a                        (x_1-\alpha)^2<x_2-\alpha)^2


on multiplie par a   donc 2 cas  a>0 ou a<0

je vais continuer avec a>0  donc a(x_1-\alpha)^2<a(x_2-\alpha)^2 compatibilité avec la multiplication par un réel strictement positif


on ajoute \beta donc a(x_1-\alpha)^2+\beta<a(x_2-\alpha)^2+\beta soit f(x_1)<f(x_2)
on a donc montré
que pour 2 réels quelconques supérieurs à \alpha leurs images sont rangés dans le même sens  par conséquent la fonction est strictement croisssante sur ]\alpha~;~+\infty[


même raisonnement si l'on prend deux réels plus petits que \alpha   ou si a<0

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:20

0 + (-b/a) /2 = -(b/a )/2
tu multiplies par l'inverse ??

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:23

Bonsoir heckla

Faut-il d'abord connaitre les variations de la fonction carré ??

Posté par
lovedesmaths
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:26

Non j'ai divisé par deux pour avoir le milieu et ainsi l'équation des l'axe de symétrie le milieu de 0 + (-b/a) = -b/2a donc l'equation de l'axe est x=-b/2a et donc l'abscisse Du sommet est -b/2a.
Merci hekla pour la demo du sens de  variation

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:26

oui il faut connaître les variations de la fonction carré

avant de généraliser aux fonctions du second degré le sens de variation, on commence par la plus simple soit x\mapsto x^2

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:27

pourquoi soustrais - tu    \alpha    à   x_{1}   et à    x_{2}

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:29

parce que l'on a écrit f(x)=ax^2+bx+c=a(x-\alpha)^2+\beta

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:29

tu fais :  0  + (-b/a) / 2

comment tu obtiens -b/2a
je vois pas ??

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:32

\dfrac{\frac{-b}{a}}{2}=\dfrac{-b}{a}\times \dfrac{1}{2}=\dfrac{-b}{2a}

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:34

x_{1} - \alpha< x_{2} - \alpha

tu rectifies ? mais comment

x_{1} - \alpha +\alpha < x_{2} -\alpha + \alpha

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:40

???

cela donne x_1<x_2

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:40

Tu dis que pour appliquer le sens de variation de la fonction carré il faut que ces éléments soient ou positifs ou négatifs
mais le signe de -\frac{b}{2a} et bien on ne le connait pas

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:42

si a > 0 alors  \alpha est du signe de b
et b et bien on ne le connait pas non plus

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:45

arrivé à \alpha < x_{1} < x_{2}

si a > 0 alors -b/2a est du signe de -b et on ne connait pas b

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:46

ce qui nous intéresse est le signe de x_1-\alpha ou x_2-\alpha

si ces éléments sont positifs  c'est que x_1 et x_2 sont plus grands que \alpha


donc au lieu de considérer deux réels quelconques  on les prend plus grands que \alpha

on a bien alors 0<x_1-\alpha<x_2-\alpha et là on sait que si on élève au carré ils seront rangés dans le même ordre

Posté par
mathchim
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 01:55

x_{1} - \alpha > 0    si      x_{1} > \alpha

x_{2} - \alpha > 0      si         x_{2} > \alpha




x_{1} > \alpha   et   x_{2} > \alpha => x_{1} >x_{2} > \alpha

Posté par
hekla
re : Démonstation d'une formule 19-06-18 à 10:08

la définition d'une fonction croissante sur I est :

pour tout x_1 \in I  tout x_2 \in I \qquad  x_1<x_2 \Rightarrow f(x_1)\leqslant f(x_2)

on sait que la fonction carré est croissante sur \R_+ donc pour pouvoir l'appliquer il faut que les éléments soient positifs  x_1 -\alpha>0  \iff   x_1>\alpha  id pour x_2

donc première partie on définit I  ce sera  [\alpha~;~+\infty[ peu importe le signe de \alpha



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