Maths Troisième, programme français • Exercices corrigés à Montréal

Exercices corrigés : les fonctions linéaires (Troisième)

Voici une série d'exercices corrigés de mathématiques sur les fonctions linéaires, au niveau de la classe de Troisième du programme français, telle qu'elle est enseignée au Lycée Marie de France et au Collège Stanislas à Montréal.

Une fonction linéaire est le visage moderne d'une notion connue depuis l'école primaire : la proportionnalité. Tout ce que l'on faisait avec un tableau et un produit en croix se dit désormais avec un coefficient et une droite qui passe par l'origine.

La partie B est entièrement construite sur les usages qui tombent au brevet, en particulier les pourcentages : c'est là que la fonction linéaire cesse d'être un exercice de cours pour devenir un outil de calcul rapide.

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Ce chapitre fait partie de Mathématiques en Troisième
Avant de commencer Fiche de révision : les pièges et la méthode de ce chapitre

Avant ce chapitre

Ces notions sont supposées acquises ici. Si le premier exercice résiste, le blocage vient presque toujours de l'une d'elles, pas du chapitre lui-même.

Remonter plus loin : la chaîne complète (9 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Fractions et proportionnalitéSixième
  2. 2Calculs numériques et prioritésCinquième
  3. 3Les nombres relatifsCinquième
  4. 4Le calcul littéralCinquième
  5. 5Proportionnalité et pourcentagesCinquième
  6. 6Multiplication et division de relatifsQuatrième
  7. 7Calcul littéral et équationsQuatrième
  8. 8Proportionnalité, pourcentages et vitessesQuatrième
  9. 9La notion de fonction

Rappel de cours

  • • Une fonction linéaire s'écrit f(x)=axf(x)=ax, où aa est un nombre fixé appelé coefficient de la fonction.
  • • Déterminer le coefficient à partir d'un nombre et de son image : a=f(x)xa=\frac{f(x)}{x}, pour xx non nul.
  • • Représentation graphique : une droite qui passe par l'ORIGINE du repère. Le coefficient aa se lit en avançant de 1 vers la droite et en mesurant la montée.
  • • Augmenter une quantité de tt % revient à la multiplier par 1+t1001+\frac{t}{100}. La diminuer de tt % revient à la multiplier par 1−t1001-\frac{t}{100}.
  • • Deux évolutions successives se traduisent par le PRODUIT des deux coefficients multiplicateurs, jamais par la somme des pourcentages.
  • • Dans un agrandissement ou une réduction de rapport kk, les longueurs sont multipliées par kk, les aires par k2k^2 et les volumes par k3k^3.

Partie A : Les bases (/50)

Exercice 1 : Reconnaître une fonction linéaire

Pour chacune des fonctions suivantes, dites si elle est linéaire. Si oui, donnez son coefficient ; si non, expliquez ce qui l'en empêche.

Le critère est simple mais il doit être appliqué à la lettre : une fonction est linéaire quand son expression s'écrit exactement axax, c'est-à-dire un nombre multiplié par xx, et rien d'autre.

  • a) f(x)=7xf(x)=7x
  • b) g(x)=3x+2g(x)=3x+2
  • c) h(x)=x4h(x)=\frac{x}{4}
  • d) k(x)=x2k(x)=x^2
  • e) m(x)=−xm(x)=-x et n(x)=0n(x)=0

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Réponses

  • a) Linéaire, coefficient 7
  • b) Affine, pas linéaire : g(0)=2g(0)=2
  • c) Linéaire, coefficient 14\frac{1}{4}
  • d) Pas linéaire : xx au carré
  • e) Linéaires, coefficients −1-1 et 0

a) Oui, ff est linéaire de coefficient 77 : l'expression est bien de la forme axax avec a=7a=7. Le coefficient se lit directement, c'est le nombre écrit devant le xx.

b) Non. L'expression 3x+23x+2 contient un terme constant, le +2+2, qui n'est pas multiplié par xx. On la reconnaît d'ailleurs facilement à ceci : g(0)=2g(0)=2 alors qu'une fonction linéaire donne toujours 00 pour 00, puisque a×0=0a\times 0=0. Cette fonction est AFFINE, et elle sera étudiée au chapitre suivant. Retenir le test le plus rapide : si l'image de zéro n'est pas zéro, la fonction n'est pas linéaire.

c) Oui, hh est linéaire. Il faut réécrire l'expression pour le voir : x4=14×x=0,25x\frac{x}{4}=\frac{1}{4}\times x=0{,}25x. Le coefficient est donc 14\frac{1}{4}, c'est-à-dire 0,250{,}25. Diviser par 44 et multiplier par 0,250{,}25 sont la même opération, et une division par un nombre fixé ne fait jamais sortir du cadre linéaire.

d) Non. Ici xx est multiplié par lui-même et non par un nombre fixé : k(2)=4k(2)=4 mais k(4)=16k(4)=16, donc doubler le nombre de départ quadruple l'image au lieu de la doubler. Ce n'est pas une situation de proportionnalité. Le test rapide k(0)=0k(0)=0 est vérifié, mais il ne suffit pas : c'est une condition nécessaire, pas suffisante.

e) Les deux sont linéaires. Pour m(x)=−xm(x)=-x, on écrit −x=(−1)×x-x=(-1)\times x : le coefficient vaut −1-1, et rien n'interdit à un coefficient d'être négatif. Pour n(x)=0n(x)=0, on écrit 0=0×x0=0\times x : le coefficient vaut 00, et la fonction est linéaire aussi, c'est simplement le cas où la droite est confondue avec l'axe des abscisses. Ces deux cas limites sont ceux que les copies oublient le plus souvent.

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Exercice 2 : Déterminer le coefficient

Dans chaque cas, déterminez la fonction linéaire ff vérifiant la condition donnée.

Une fonction linéaire ne dépend que d'un seul nombre, son coefficient : une seule information suffit donc à la déterminer entièrement, à condition qu'elle ne porte pas sur zéro.

  • a) ff est linéaire et f(3)=12f(3)=12.
  • b) ff est linéaire et f(5)=−20f(5)=-20.
  • c) ff est linéaire et f(4)=6f(4)=6.
  • d) ff est linéaire et f(0)=0f(0)=0. Peut-on déterminer ff ?
  • e) ff est linéaire et f(2)=7f(2)=7. Calculez alors f(6)f(6) de deux façons différentes.

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Réponses

  • a) f(x)=4xf(x)=4x
  • b) f(x)=−4xf(x)=-4x
  • c) f(x)=1,5xf(x)=1{,}5x
  • d) Non : f(0)=0f(0)=0 pour tout aa
  • e) f(6)=21f(6)=21

a) On sait que f(x)=axf(x)=ax, donc f(3)=3af(3)=3a. La condition donne 3a=123a=12, d'où a=123=4a=\frac{12}{3}=4. La fonction est f(x)=4xf(x)=4x. Vérification : f(3)=12f(3)=12 ✓. La formule générale à retenir est a=f(x)xa=\frac{f(x)}{x}, autrement dit l'image divisée par le nombre de départ.

b) 5a=−205a=-20, donc a=−205=−4a=\frac{-20}{5}=-4 et f(x)=−4xf(x)=-4x. Le coefficient est négatif, ce qui signifie que les images sont de signe contraire au nombre de départ. Vérification : f(5)=−4×5=−20f(5)=-4\times 5=-20 ✓.

c) 4a=64a=6, donc a=64=32=1,5a=\frac{6}{4}=\frac{3}{2}=1{,}5 et f(x)=1,5xf(x)=1{,}5x. Il ne faut ni arrondir ni s'inquiéter d'obtenir une fraction : un coefficient n'a aucune raison d'être entier. On peut garder l'écriture 32\frac{3}{2}, souvent plus commode pour les calculs suivants.

d) Non, on ne peut pas. L'égalité f(0)=0f(0)=0 donne 0×a=00\times a=0, ce qui est vrai QUEL QUE SOIT aa : l'information n'apporte donc rien. C'est logique, puisque toute fonction linéaire envoie 00 sur 00 : cette condition ne distingue aucune fonction linéaire des autres. C'est aussi la raison pour laquelle la formule a=f(x)xa=\frac{f(x)}{x} exige x≠0x\neq 0, et pourquoi une donnée graphique portant sur l'origine ne permet jamais de trouver le coefficient.

e) Première façon, en passant par le coefficient : 2a=72a=7 donne a=3,5a=3{,}5, donc f(6)=3,5×6=21f(6)=3{,}5\times 6=21. Seconde façon, en utilisant directement la proportionnalité : 66 est le triple de 22, donc son image est le triple de celle de 22, soit 3×7=213\times 7=21 ✓. Les deux méthodes donnent le même résultat, et la seconde est presque toujours plus rapide quand le rapport est simple. C'est la propriété caractéristique des fonctions linéaires : multiplier le nombre de départ par un facteur multiplie l'image par le MÊME facteur. Aucune fonction affine non linéaire ne se comporte ainsi.

Exercice 3 : Images, antécédents et tableau

On considère la fonction linéaire ff définie par f(x)=−2,5xf(x)=-2{,}5x.

Toutes les questions se traitent avec le même coefficient : calculer une image, c'est multiplier par −2,5-2{,}5, et chercher un antécédent, c'est diviser par −2,5-2{,}5.

  • a) Calculez f(4)f(4), f(−6)f(-6) et f(0)f(0).
  • b) Déterminez l'antécédent de 10 par ff.
  • c) Déterminez l'antécédent de −15-15 par ff.
  • d) Recopiez et complétez le tableau de valeurs pour xx égal à −4-4, −2-2, 0, 2 et 4.
  • e) Ce tableau est-il un tableau de proportionnalité ? Justifiez en donnant le coefficient.

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Réponses

  • a) −10-10, 15 et 0
  • b) −4-4
  • c) 6
  • d) 10, 5, 0, −5-5, −10-10
  • e) Oui, coefficient −2,5-2{,}5

a) f(4)=−2,5×4=−10f(4)=-2{,}5\times 4=-10. f(−6)=−2,5×(−6)=15f(-6)=-2{,}5\times(-6)=15 : le produit de deux nombres négatifs est positif, et c'est le calcul le plus souvent raté de la question. f(0)=−2,5×0=0f(0)=-2{,}5\times 0=0, ce qui est vrai pour toute fonction linéaire.

b) On résout −2,5x=10-2{,}5x=10, donc x=10−2,5=−4x=\frac{10}{-2{,}5}=-4. L'antécédent de 1010 par ff est −4-4. Vérification : f(−4)=−2,5×(−4)=10f(-4)=-2{,}5\times(-4)=10 ✓. Remarquez que pour obtenir une image positive, il a fallu partir d'un nombre négatif : c'est la conséquence directe d'un coefficient négatif.

c) On résout −2,5x=−15-2{,}5x=-15, donc x=−15−2,5=6x=\frac{-15}{-2{,}5}=6. L'antécédent de −15-15 est 66. Vérification : −2,5×6=−15-2{,}5\times 6=-15 ✓.

d) On multiplie chaque valeur par −2,5-2{,}5 : pour x=−4x=-4, on trouve 1010 ; pour x=−2x=-2, on trouve 55 ; pour x=0x=0, on trouve 00 ; pour x=2x=2, on trouve −5-5 ; pour x=4x=4, on trouve −10-10. Deux contrôles rapides sur ce tableau : la colonne de 00 donne bien 00, et deux nombres opposés ont des images opposées, ce qui se voit sur les paires (−4 ; 4)(-4\ ;\ 4) et (−2 ; 2)(-2\ ;\ 2).

e) Oui. En divisant chaque image par le nombre de départ correspondant, on retrouve toujours le même quotient : 10−4=−2,5\frac{10}{-4}=-2{,}5, 5−2=−2,5\frac{5}{-2}=-2{,}5, −52=−2,5\frac{-5}{2}=-2{,}5 et −104=−2,5\frac{-10}{4}=-2{,}5. C'est donc un tableau de proportionnalité, de coefficient −2,5-2{,}5, qui est exactement le coefficient de la fonction. La colonne du 00 ne permet pas ce calcul, puisqu'on ne peut pas diviser par zéro, mais elle ne contredit rien. À retenir dans les deux sens : toute fonction linéaire produit un tableau de proportionnalité, et tout tableau de proportionnalité correspond à une fonction linéaire dont le coefficient est celui du tableau.

Exercice 4 : Lecture graphique de fonctions linéaires

Le graphique ci-dessous représente trois fonctions linéaires ff, gg et hh.

Toutes les droites passent par l'origine, ce qui est la marque des fonctions linéaires : elles ne se distinguent donc que par leur inclinaison.

-4-3-2-11234-6-5-4-3-2-1123456fgh
  • a) Lisez f(1)f(1), puis donnez le coefficient de ff.
  • b) Lisez g(2)g(2), puis donnez le coefficient de gg.
  • c) Donnez le coefficient de hh en justifiant par une lecture.
  • d) Sans calcul supplémentaire, dites laquelle des trois droites est la plus inclinée, et classez les trois coefficients dans l'ordre croissant.
  • e) On ajoute la droite de la fonction pp définie par p(x)=3xp(x)=3x. Passe-t-elle au-dessus ou en dessous de celle de ff pour x=2x=2 ? Et pour x=−2x=-2 ?

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Réponses

  • a) f(1)=2f(1)=2 : f(x)=2xf(x)=2x
  • b) g(2)=1g(2)=1 : g(x)=0,5xg(x)=0{,}5x
  • c) h(x)=−xh(x)=-x
  • d) f la plus inclinée ; −1<0,5<2-1<0{,}5<2
  • e) Au-dessus en 2, en dessous en −2-2

a) On part de 11 sur l'axe horizontal, on monte jusqu'à la droite de ff et on lit 22 : donc f(1)=2f(1)=2. Comme ff est linéaire, son coefficient vaut a=f(1)1=2a=\frac{f(1)}{1}=2, et l'expression est f(x)=2xf(x)=2x. La lecture en x=1x=1 est la plus commode de toutes : pour une fonction linéaire, l'image de 11 EST le coefficient.

b) On lit g(2)=1g(2)=1. Le coefficient vaut donc 12=0,5\frac{1}{2}=0{,}5, et g(x)=0,5xg(x)=0{,}5x. On aurait pu lire aussi en x=4x=4, où l'on trouve 22, ce qui donne encore 24=0,5\frac{2}{4}=0{,}5 ✓ : sur une droite passant par l'origine, tous les points donnent le même quotient, et c'est précisément ce que signifie la proportionnalité.

c) La droite de hh descend de gauche à droite, donc son coefficient est négatif. On lit h(2)=−2h(2)=-2, d'où un coefficient de −22=−1\frac{-2}{2}=-1 et h(x)=−xh(x)=-x. Le signe du coefficient se voit donc avant tout calcul : une droite qui monte a un coefficient positif, une droite qui descend a un coefficient négatif.

d) La droite la plus inclinée par rapport à l'horizontale est celle de ff, puis vient celle de hh, et enfin celle de gg, la plus proche de l'horizontale. Attention à ne pas confondre inclinaison et ordre des coefficients : l'inclinaison se lit sur la valeur absolue, tandis que le classement demandé porte sur les nombres eux-mêmes. Dans l'ordre croissant, on a donc −1<0,5<2-1<0{,}5<2, c'est-à-dire le coefficient de hh, puis celui de gg, puis celui de ff.

e) Pour x=2x=2 : p(2)=6p(2)=6 alors que f(2)=4f(2)=4, donc la droite de pp passe AU-DESSUS de celle de ff. Pour x=−2x=-2 : p(−2)=−6p(-2)=-6 alors que f(−2)=−4f(-2)=-4, donc cette fois la droite de pp passe EN DESSOUS. Ce n'est pas contradictoire : les deux droites passent toutes deux par l'origine, donc elles s'y croisent, et la plus inclinée est au-dessus à droite du point de croisement et en dessous à gauche. C'est une différence importante avec les fonctions affines, dont les droites peuvent se croiser n'importe où, alors que deux droites de fonctions linéaires se coupent toujours à l'origine.

Exercice 5 : Représenter une fonction linéaire

On veut tracer, dans un même repère, les représentations graphiques des fonctions linéaires uu et vv définies par u(x)=1,5xu(x)=1{,}5x et v(x)=−3xv(x)=-3x.

Une droite est déterminée par deux points, et pour une fonction linéaire le premier est offert : c'est toujours l'origine.

  • a) Expliquez pourquoi la droite de uu passe nécessairement par l'origine du repère.
  • b) Calculez u(2)u(2) et donnez les coordonnées d'un second point de cette droite.
  • c) Calculez v(1)v(1) et donnez les coordonnées d'un second point de la droite de vv.
  • d) Décrivez précisément la construction des deux droites.
  • e) Le point AA de coordonnées (6 ; 9)(6\ ;\ 9) appartient-il à la droite de uu ? Et le point BB de coordonnées (−2 ; 5)(-2\ ;\ 5) ?

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Réponses

  • a) u(0)=0u(0)=0
  • b) (2 ; 3)(2\ ;\ 3)
  • c) (1 ; −3)(1\ ;\ -3)
  • d) Origine et un second point, droite prolongée
  • e) A oui, B non

a) Parce que u(0)=1,5×0=0u(0)=1{,}5\times 0=0 : le nombre 00 a pour image 00, donc le point de coordonnées (0 ; 0)(0\ ;\ 0), qui est l'origine, appartient à la droite. C'est vrai pour toute fonction linéaire sans exception, et c'est la propriété qui permet de les reconnaître d'un coup d'œil sur un graphique.

b) u(2)=1,5×2=3u(2)=1{,}5\times 2=3. Le point de coordonnées (2 ; 3)(2\ ;\ 3) appartient donc à la droite de uu. On choisit délibérément x=2x=2 plutôt que x=1x=1 pour obtenir des coordonnées entières, plus faciles à placer précisément : avec x=1x=1 on aurait trouvé 1,51{,}5, à placer entre deux graduations.

c) v(1)=−3×1=−3v(1)=-3\times 1=-3. Le point de coordonnées (1 ; −3)(1\ ;\ -3) appartient à la droite de vv. Ici x=1x=1 convient parfaitement, puisque le coefficient est entier.

d) Pour uu : on place l'origine et le point (2 ; 3)(2\ ;\ 3), puis on trace la droite qui les relie, en la prolongeant des deux côtés au-delà des deux points. Pour vv : on place l'origine et le point (1 ; −3)(1\ ;\ -3), puis on trace de même. Deux conseils de tracé qui rapportent des points : prolonger la droite des deux côtés, y compris pour les xx négatifs, et vérifier avec un troisième point calculé, par exemple u(4)=6u(4)=6 ou v(−1)=3v(-1)=3, ce qui détecte immédiatement une erreur de placement.

e) Pour A(6 ; 9)A(6\ ;\ 9) : on calcule u(6)=1,5×6=9u(6)=1{,}5\times 6=9, ce qui correspond bien à l'ordonnée annoncée, donc AA appartient à la droite de uu. Pour B(−2 ; 5)B(-2\ ;\ 5) : on calcule u(−2)=1,5×(−2)=−3u(-2)=1{,}5\times(-2)=-3, qui vaut −3-3 et non 55, donc BB n'appartient PAS à la droite de uu. La méthode est toujours la même et il faut la rédiger ainsi : on remplace l'abscisse du point dans l'expression de la fonction, puis on compare le résultat obtenu à l'ordonnée du point. Un autre indice aurait dû alerter pour BB : son abscisse est négative et son ordonnée positive, ce qui est impossible pour une fonction de coefficient positif.

-4-3-2-11234-6-5-4-3-2-11234567u(x) = 1,5xv(x) = -3x (pointille)(2 ; 3)(1 ; -3)

Partie B : Niveau brevet (/50)

Exercice 6 : Pourcentages d'augmentation et de réduction

Un magasin vend un vélo 480 dollars.

Toute évolution en pourcentage est une fonction linéaire : c'est ce qui permet de la traiter par une seule multiplication au lieu d'un calcul en deux temps.

  • a) Le prix augmente de 15 %. Calculez le nouveau prix de deux façons : en calculant la hausse puis en l'ajoutant, puis en une seule multiplication.
  • b) Écrivez la fonction linéaire qui, à un prix xx, associe ce prix augmenté de 15 %.
  • c) Après cette hausse, le magasin applique une remise de 20 % sur le prix affiché. Calculez le prix final.
  • d) Le prix final est-il égal au prix de départ diminué de 5 % ? Justifiez.
  • e) Déterminez le pourcentage d'évolution global entre le prix de départ et le prix final.

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a)
b)
c)
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Réponses

  • a) 552 dollars
  • b) f(x)=1,15xf(x)=1{,}15x
  • c) 441,60441{,}60 dollars
  • d) Non : 456 dollars
  • e) Baisse de 8 %

a) Première façon, en deux temps : la hausse vaut 480×15100=72480\times\frac{15}{100}=72 dollars, donc le nouveau prix est 480+72=552480+72=552 dollars. Seconde façon, en une multiplication : augmenter de 1515 % revient à multiplier par 1+15100=1,151+\frac{15}{100}=1{,}15, donc le nouveau prix est 480×1,15=552480\times 1{,}15=552 dollars ✓. Les deux méthodes concordent, mais la seconde est la seule utilisable dès qu'il y a plusieurs évolutions à enchaîner.

b) La fonction cherchée est f(x)=1,15xf(x)=1{,}15x. Elle est bien linéaire, de coefficient 1,151{,}15, appelé coefficient multiplicateur de la hausse. Noter le rôle du 11 : il conserve le prix initial, et le 0,150{,}15 ajoute la hausse. Oublier ce 11 et écrire f(x)=0,15xf(x)=0{,}15x est l'erreur la plus fréquente du chapitre, et elle donnerait 7272 dollars, c'est-à-dire la hausse seule et non le prix.

c) Une remise de 2020 % revient à multiplier par 1−20100=0,81-\frac{20}{100}=0{,}8. La remise s'applique au prix AFFICHÉ, donc à 552552 dollars : le prix final vaut 552×0,8=441,60552\times 0{,}8=441{,}60 dollars. On peut aussi enchaîner les deux coefficients en une seule ligne : 480×1,15×0,8=441,60480\times 1{,}15\times 0{,}8=441{,}60 ✓.

d) Non. Le prix de départ diminué de 55 % vaudrait 480×0,95=456480\times 0{,}95=456 dollars, alors que le prix final est de 441,60441{,}60 dollars : l'écart est de 14,4014{,}40 dollars. L'erreur consiste à additionner les pourcentages, en écrivant +15−20=−5+15-20=-5. Or les pourcentages d'évolution ne s'additionnent JAMAIS : ce sont leurs coefficients multiplicateurs qui se multiplient. La raison est que la remise de 2020 % ne porte pas sur le prix initial mais sur un prix déjà augmenté, donc plus élevé, ce qui la rend plus forte en valeur absolue.

e) Le coefficient global vaut 1,15×0,8=0,921{,}15\times 0{,}8=0{,}92. Comme 0,92=1−0,080{,}92=1-0{,}08, l'évolution globale est une BAISSE de 88 %. Vérification directe : 480×0,92=441,60480\times 0{,}92=441{,}60 ✓, et l'on peut aussi calculer le taux à partir des deux prix, 441,60−480480=−38,40480=−0,08\frac{441{,}60-480}{480}=\frac{-38{,}40}{480}=-0{,}08 ✓. La méthode générale à retenir pour le brevet : on multiplie tous les coefficients, puis on retranche 11 au résultat pour lire le taux global, ici 0,92−1=−0,080{,}92-1=-0{,}08, soit −8-8 %. Remarque utile : l'ordre des deux évolutions ne change rien au prix final, puisque la multiplication est commutative.

Exercice 7 : Problème : deux formules de location

Un atelier loue des vélos électriques. Le tarif est proportionnel à la durée de location : 9 dollars pour 2 heures.

On note xx la durée de location en heures et P(x)P(x) le prix payé, en dollars.

  • a) Justifiez que PP est une fonction linéaire et déterminez son coefficient.
  • b) Calculez le prix d'une location de 5 heures, puis de 30 minutes.
  • c) Une personne a payé 31,50 dollars. Combien de temps a-t-elle loué le vélo ?
  • d) Un concurrent propose un forfait unique de 20 dollars pour la journée entière, soit au maximum 8 heures. À partir de quelle durée le concurrent devient-il plus avantageux ?
  • e) Le premier atelier annonce une hausse de 10 % de son tarif horaire. Quel est le nouveau coefficient, et le concurrent devient-il alors plus avantageux plus tôt ou plus tard ?

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a)
b)
c)
d)
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Réponses

  • a) P(x)=4,5xP(x)=4{,}5x
  • b) 22,5022{,}50 et 2,252{,}25 dollars
  • c) 7 heures
  • d) Au-delà de 4,444{,}44 h environ
  • e) 4,954{,}95 : plus tôt

a) Le prix est proportionnel à la durée, donc PP est une fonction linéaire, ce qui s'écrit P(x)=axP(x)=ax. La donnée P(2)=9P(2)=9 permet de trouver le coefficient : a=92=4,5a=\frac{9}{2}=4{,}5. Le tarif est donc de 4,504{,}50 dollars par heure, et P(x)=4,5xP(x)=4{,}5x. Le coefficient d'une fonction linéaire s'interprète toujours ainsi dans un problème : c'est le prix pour UNE unité.

b) Pour 55 heures : P(5)=4,5×5=22,50P(5)=4{,}5\times 5=22{,}50 dollars. Pour 3030 minutes, il faut d'abord convertir en heures, puisque la fonction est exprimée en heures : 3030 minutes valent 0,50{,}5 heure, donc P(0,5)=4,5×0,5=2,25P(0{,}5)=4{,}5\times 0{,}5=2{,}25 dollars. Oublier cette conversion et écrire P(30)P(30) donnerait 135135 dollars, résultat évidemment absurde qu'un simple contrôle de bon sens permet de rejeter.

c) On cherche un antécédent : on résout 4,5x=31,54{,}5x=31{,}5, donc x=31,54,5=7x=\frac{31{,}5}{4{,}5}=7. La personne a loué le vélo pendant 77 heures. Vérification : 4,5×7=31,504{,}5\times 7=31{,}50 ✓.

d) On compare P(x)=4,5xP(x)=4{,}5x au forfait de 2020 dollars. Le concurrent devient plus avantageux dès que 4,5x>204{,}5x>20, c'est-à-dire x>204,5≈4,44x>\frac{20}{4{,}5}\approx 4{,}44 heures. En pratique, à partir d'environ 44 heures et 2727 minutes de location. Contrôle sur deux durées entières : pour 44 heures, l'atelier demande 1818 dollars, ce qui reste moins cher que 2020 ; pour 55 heures, il demande 22,5022{,}50 dollars, ce qui est plus cher ✓. Noter la différence de nature entre les deux tarifs : l'un est linéaire et croît indéfiniment, l'autre est constant, donc le forfait finit toujours par gagner.

e) Une hausse de 1010 % multiplie le tarif horaire par 1,11{,}1 : le nouveau coefficient vaut 4,5×1,1=4,954{,}5\times 1{,}1=4{,}95 dollars par heure. Le seuil devient 204,95≈4,04\frac{20}{4{,}95}\approx 4{,}04 heures, contre 4,444{,}44 auparavant : le concurrent devient donc avantageux PLUS TÔT, ce qui était prévisible sans aucun calcul, puisqu'un tarif horaire plus élevé atteint les 2020 dollars plus rapidement. Ce raisonnement de contrôle vaut la peine d'être écrit sur la copie : il montre que le résultat numérique a été relu.

Exercice 8 : Agrandissement et réduction

Une maquette de bâtiment est un agrandissement d'un petit modèle, dans le rapport k=3k=3.

Le petit modèle a une hauteur de 12 cm, une façade d'aire 90 centimètres carrés et un volume de 400 centimètres cubes.

Attention : seules les LONGUEURS sont multipliées par kk. Les aires et les volumes suivent d'autres règles, et c'est le cœur de l'exercice.

10 cm9 cmaire 9030 cm27 cmaire 810longueurs x3, mais aire x9
  • a) Calculez la hauteur de la maquette.
  • b) Calculez l'aire de sa façade.
  • c) Calculez son volume.
  • d) Expliquez pourquoi l'aire n'est pas multipliée par 3.
  • e) Une réduction de la maquette a un volume de 50 centimètres cubes. Quel est le rapport de cette réduction par rapport à la maquette ?

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a)
b)
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Réponses

  • a) 36 cm
  • b) 810 cm²
  • c) 10 800 cm³
  • d) Deux longueurs : 3×3=93\times 3=9
  • e) k=16k=\frac{1}{6}

a) La hauteur est une longueur, donc elle est multipliée par le rapport k=3k=3 : la maquette mesure 12×3=3612\times 3=36 cm de haut. La fonction en jeu est linéaire, x↦3xx\mapsto 3x, ce qui relie ce chapitre à celui des agrandissements.

b) Les aires sont multipliées par k2=32=9k^2=3^2=9 : l'aire de la façade vaut 90×9=81090\times 9=810 centimètres carrés. Là encore, la fonction est linéaire, mais de coefficient 99 et non 33.

c) Les volumes sont multipliés par k3=33=27k^3=3^3=27 : le volume de la maquette vaut 400×27=10 800400\times 27=10\ 800 centimètres cubes. Ordre de grandeur à retenir : tripler les dimensions d'un objet multiplie sa matière par 2727, ce qui explique pourquoi une maquette deux fois plus grande coûte bien plus du double.

d) Parce qu'une aire est un produit de DEUX longueurs. Si chacune des deux est multipliée par 33, alors leur produit est multiplié par 3×3=93\times 3=9. On peut le vérifier sur un rectangle de 1010 cm sur 99 cm, d'aire 9090 centimètres carrés : agrandi, il mesure 3030 cm sur 2727 cm, donc son aire vaut 810810 centimètres carrés, soit bien 99 fois plus ✓. Le même raisonnement avec trois longueurs donne k3k^3 pour les volumes. C'est aussi pour cela qu'une réduction de moitié divise le volume par 88 et non par 22.

e) On compare les deux volumes : 5010 800=1216\frac{50}{10\ 800}=\frac{1}{216}. Or ce quotient vaut k3k^3, donc k3=1216k^3=\frac{1}{216}, d'où k=16k=\frac{1}{6}, puisque 63=2166^3=216. Le rapport de la réduction est donc 16\frac{1}{6} : toutes les longueurs de la maquette sont divisées par 66. Vérification par les longueurs : la hauteur passerait de 3636 cm à 66 cm, et le volume de 10 80010\ 800 à 10 800×1216=5010\ 800\times\frac{1}{216}=50 centimètres cubes ✓. Le point de méthode important : quand on part d'un rapport de VOLUMES, il faut prendre la racine cubique pour revenir au rapport des longueurs, jamais diviser par 33.

Exercice 9 : Cinq affirmations à corriger

Chacune des affirmations suivantes est fausse. Dites pourquoi, en vous appuyant sur un contre-exemple chiffré, puis corrigez-la.

Les trois dernières portent sur les pourcentages, qui sont la principale source d'erreurs de tout le programme de Troisième.

  • a) « La fonction définie par f(x)=5x+1f(x)=5x+1 est linéaire, car son coefficient est 5. »
  • b) « La représentation graphique d'une fonction linéaire est une droite, donc toute droite représente une fonction linéaire. »
  • c) « Augmenter un prix de 20 % revient à le multiplier par 0,2. »
  • d) « Une hausse de 50 % suivie d'une baisse de 50 % ramène au prix de départ. »
  • e) « Si on double les dimensions d'un cube, son volume double. »

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a)
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Réponses

  • a) Affine : f(0)=1f(0)=1
  • b) Il faut passer par l'origine
  • c) Multiplier par 1,21{,}2
  • d) 0,750{,}75 : baisse de 25 %
  • e) Volume multiplié par 8

a) Faux. Le terme +1+1 empêche l'expression d'être de la forme axax. Le contre-exemple décisif est f(0)=1f(0)=1, alors qu'une fonction linéaire envoie toujours 00 sur 00. Autre vérification, par la proportionnalité : f(1)=6f(1)=6 et f(2)=11f(2)=11, or 1111 n'est pas le double de 66. Cette fonction est affine, pas linéaire, et son nombre 55 s'appelle coefficient directeur et non coefficient de linéarité.

b) Faux, l'implication ne fonctionne que dans un sens. Une fonction linéaire est bien représentée par une droite, mais il faut de plus que cette droite passe par l'ORIGINE. La droite d'équation y=2x+3y=2x+3 est un contre-exemple : c'est une droite, elle coupe l'axe des ordonnées en 33, et elle ne représente aucune fonction linéaire. Une droite verticale fournit d'ailleurs un contre-exemple encore plus fort, puisqu'elle ne représente même aucune fonction.

c) Faux, et l'erreur coûte cher en calcul commercial. Multiplier par 0,20{,}2 revient à ne garder que 2020 % du prix, c'est-à-dire à le diviser par 55 : c'est une baisse de 8080 %. Pour augmenter de 2020 %, il faut multiplier par 1+20100=1,21+\frac{20}{100}=1{,}2. Contre-exemple chiffré : un article à 5050 dollars augmenté de 2020 % coûte 6060 dollars, alors que 50×0,2=1050\times 0{,}2=10 dollars. Le 11 du coefficient conserve le prix, la partie décimale ajoute la hausse.

d) Faux. Le coefficient global vaut 1,5×0,5=0,751{,}5\times 0{,}5=0{,}75, donc le prix final ne représente que 7575 % du prix initial : c'est une baisse globale de 2525 %. Sur un article à 8080 dollars : la hausse le porte à 120120 dollars, puis la baisse de 5050 % le ramène à 6060 dollars, et non à 8080. L'explication tient en une phrase : la baisse s'applique à un montant plus grand que celui sur lequel portait la hausse, donc elle retire davantage. Une hausse et une baisse du même pourcentage ne se compensent jamais, et le résultat est toujours inférieur au prix de départ.

e) Faux. Le volume d'un cube est le produit de trois longueurs, donc doubler l'arête multiplie le volume par 23=82^3=8. Contre-exemple immédiat : un cube d'arête 33 cm a pour volume 2727 centimètres cubes, tandis qu'un cube d'arête 66 cm a pour volume 216216 centimètres cubes, ce qui est bien 88 fois plus et non 22 fois. Au passage, son aire totale, elle, est multipliée par 44.

Exercice 10 : Problème : identifier des droites

Le graphique ci-dessous représente quatre fonctions linéaires, notées d1d_1, d2d_2, d3d_3 et d4d_4.

On dispose par ailleurs de la liste, dans le désordre, de leurs quatre coefficients : 33 ; 13\frac{1}{3} ; −2-2 ; 11.

-3-2-1123-6-5-4-3-2-1123456d1d2d3d4
  • a) Attribuez à chaque droite son coefficient, en justifiant chaque attribution par une lecture précise.
  • b) Donnez l'expression de chacune des quatre fonctions.
  • c) Un élève affirme que d2d_2 et d3d_3 sont perpendiculaires, parce qu'elles semblent l'être sur son dessin. Calculez le produit de leurs coefficients. A-t-il raison ?
  • d) Une cinquième fonction linéaire a pour coefficient −13-\frac{1}{3}. Décrivez la position de sa droite par rapport aux quatre autres.
  • e) Rangez les cinq coefficients dans l'ordre croissant, puis dites ce que cet ordre signifie sur le graphique.

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a)
b)
c)
d)
e)
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Réponses

  • a) d1d_1 : 3, d2d_2 : 13\frac{1}{3}, d3d_3 : −2-2, d4d_4 : 1
  • b) 3x3x, x3\frac{x}{3}, −2x-2x, xx
  • c) Produit −23-\frac{2}{3} : pas perpendiculaires
  • d) Descend, moins inclinée que d3d_3
  • e) −2<−13<13<1<3-2<-\frac{1}{3}<\frac{1}{3}<1<3

a) On commence par le signe : une seule droite descend de gauche à droite, c'est d3d_3, donc c'est elle qui porte le coefficient négatif −2-2. Lecture de contrôle : en x=1x=1, elle passe par −2-2 ✓. Les trois autres montent. La plus inclinée est d1d_1, qui passe par le point (1 ; 3)(1\ ;\ 3) : son coefficient est 33. La moins inclinée est d2d_2, qui passe par (3 ; 1)(3\ ;\ 1) : son coefficient est 13\frac{1}{3}, puisque 13\frac{1}{3} est bien le quotient de l'ordonnée par l'abscisse. Reste d4d_4, qui passe par (1 ; 1)(1\ ;\ 1) et (2 ; 2)(2\ ;\ 2) : son coefficient est 11, et c'est la bissectrice du repère, celle pour laquelle l'image est toujours égale au nombre de départ.

b) On obtient d1(x)=3xd_1(x)=3x, d2(x)=13xd_2(x)=\frac{1}{3}x, d3(x)=−2xd_3(x)=-2x et d4(x)=xd_4(x)=x. Chaque expression se contrôle en une seconde sur un point lu : d1(1)=3d_1(1)=3 ✓, d2(3)=1d_2(3)=1 ✓, d3(1)=−2d_3(1)=-2 ✓, d4(2)=2d_4(2)=2 ✓.

c) Les coefficients de d2d_2 et d3d_3 sont 13\frac{1}{3} et −2-2, et leur produit vaut −23-\frac{2}{3}, ce qui n'est pas −1-1 : ces deux droites ne sont pas perpendiculaires, et l'élève a tort. Sur un dessin, l'œil se laisse tromper, d'autant plus que les deux axes n'ont pas forcément la même unité. Le vrai couple perpendiculaire serait formé de d2d_2 et d'une droite de coefficient −3-3, puisque 13×(−3)=−1\frac{1}{3}\times(-3)=-1. Retenir ce critère, qui sera démontré au lycée : deux droites non verticales sont perpendiculaires exactement lorsque le produit de leurs coefficients vaut −1-1. Ici, aucune paire ne le vérifie, et c'est justement l'intérêt de la question : un dessin suggère, il ne démontre pas.

d) Son coefficient est négatif, donc sa droite descend, comme celle de d3d_3. Mais sa valeur absolue, 13\frac{1}{3}, est la plus petite de toutes : c'est donc la droite la plus proche de l'horizontale parmi celles qui descendent. Elle est en outre le symétrique exact de d2d_2 par rapport à l'axe des abscisses, puisque leurs coefficients sont opposés : en tout point, les deux droites ont des ordonnées opposées. Par exemple en x=3x=3, l'une est à 11 et l'autre à −1-1.

e) Dans l'ordre croissant : −2<−13<13<1<3-2<-\frac{1}{3}<\frac{1}{3}<1<3. Sur le graphique, cet ordre se lit à droite de l'origine : plus le coefficient est grand, plus la droite est haute pour une même valeur positive de xx. En x=1x=1, on trouve en effet les ordonnées −2-2, −13-\frac{1}{3}, 13\frac{1}{3}, 11 et 33, rangées dans le même ordre. Attention à ne pas confondre avec l'inclinaison : la droite de coefficient −2-2 est la première de ce classement alors qu'elle est plus inclinée que celle de coefficient 11. L'inclinaison se mesure par la valeur absolue, le classement porte sur les nombres eux-mêmes, et à gauche de l'origine l'ordre des hauteurs est même exactement inversé.

Partie C : les classiques (/50)

Exercice 11 : Le carré : périmètre, diagonale et aire

On note cc la longueur du côté d'un carré, en centimètres, et l'on étudie trois grandeurs qui dépendent de cc : le périmètre P(c)P(c), la longueur de la diagonale D(c)D(c) et l'aire A(c)A(c).

  • a) Exprimez P(c)P(c). Est-ce une fonction linéaire ? Donnez son coefficient.
  • b) À l'aide du théorème de Pythagore, montrez que D(c)=2 cD(c)=\sqrt{2}\,c. Est-ce une fonction linéaire ? Calculez D(5)D(5) au centième.
  • c) Exprimez A(c)A(c). Est-ce une fonction linéaire ? Justifiez par un calcul.
  • d) Quel est le côté d'un carré de périmètre 2626 cm ? Quelle est alors sa diagonale, au centième ?
  • e) On triple le côté d'un carré. Par combien sont multipliés son périmètre, sa diagonale et son aire ?

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a)
b)
c)
d)
e)
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Réponses

  • a) P(c)=4cP(c)=4c, linéaire
  • b) D(c)=2 cD(c)=\sqrt{2}\,c ; D(5)≈7,07D(5)\approx 7{,}07
  • c) A(c)=c2A(c)=c^2, pas linéaire
  • d) 6,56{,}5 cm ; 9,199{,}19 cm
  • e) ×3, ×3 et ×9

a) Un carré a quatre côtés égaux : P(c)=4cP(c)=4c. C'est une fonction linéaire, de coefficient 44 : doubler le côté double le périmètre.

b) La diagonale partage le carré en deux triangles rectangles isocèles de côtés cc et cc. Pythagore donne D(c)2=c2+c2=2c2D(c)^2=c^2+c^2=2c^2, donc D(c)=2c2=2 cD(c)=\sqrt{2c^2}=\sqrt{2}\,c, puisque cc est positif. C'est une fonction linéaire, de coefficient 2≈1,414\sqrt{2}\approx 1{,}414 : un coefficient n'a pas besoin d'être entier ni même décimal. D(5)=52≈7,07D(5)=5\sqrt{2}\approx 7{,}07 cm.

c) A(c)=c×c=c2A(c)=c\times c=c^2. Ce n'est pas une fonction linéaire : A(2)=4A(2)=4 et A(4)=16A(4)=16, donc doubler le côté QUADRUPLE l'aire au lieu de la doubler. Le quotient A(c)c=c\frac{A(c)}{c}=c change avec cc, il n'y a pas de coefficient fixe.

d) On cherche l'antécédent de 2626 par PP : 4c=264c=26, donc c=6,5c=6{,}5 cm. La diagonale vaut D(6,5)=6,52≈9,19D(6{,}5)=6{,}5\sqrt{2}\approx 9{,}19 cm.

e) Le périmètre et la diagonale sont des fonctions linéaires : ils sont multipliés par 33. L'aire est multipliée par 32=93^2=9, car (3c)2=9c2(3c)^2=9c^2. Le piège est de multiplier l'aire par 33 en croyant que tout suit le côté.

Le fil : une longueur qui dépend d'une longueur est souvent linéaire, une aire ne l'est jamais.

Exercice 12 : Un coefficient qui n'est pas entier

La fonction ff est linéaire et vérifie f(6)=−4f(6)=-4.

  • a) Déterminez le coefficient de ff.
  • b) Calculez f(−9)f(-9) et f(1,5)f(1{,}5).
  • c) Déterminez l'antécédent de 1010 par ff.
  • d) Vérifiez que f(3)+f(9)=f(12)f(3)+f(9)=f(12). Est-il vrai que f(3)×f(9)=f(27)f(3)\times f(9)=f(27) ?
  • e) Le point de coordonnées (−4,5 ; 3)(-4{,}5\ ;\ 3) appartient-il à la droite représentant ff ? Et le point (7 ; −5)(7\ ;\ -5) ?

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Réponses

  • a) a=−23a=-\frac{2}{3}
  • b) 6 et −1-1
  • c) −15-15
  • d) Somme oui, produit non
  • e) Premier point oui, second non

a) f(x)=axf(x)=ax et f(6)=6a=−4f(6)=6a=-4, donc a=−46=−23a=\frac{-4}{6}=-\frac{2}{3}. On garde la fraction : l'écriture décimale −0,666…-0{,}666\ldots ne s'arrête jamais, et l'arrondir fausserait tous les calculs suivants.

b) f(−9)=−23×(−9)=183=6f(-9)=-\frac{2}{3}\times(-9)=\frac{18}{3}=6. f(1,5)=−23×1,5=−33=−1f(1{,}5)=-\frac{2}{3}\times 1{,}5=-\frac{3}{3}=-1. Avec la fraction, les calculs tombent juste ; avec −0,67-0{,}67, on aurait trouvé 6,036{,}03 et −1,005-1{,}005.

c) On résout −23x=10-\frac{2}{3}x=10 : x=10÷(−23)=10×(−32)=−15x=10\div\left(-\frac{2}{3}\right)=10\times\left(-\frac{3}{2}\right)=-15. Diviser par une fraction, c'est multiplier par son inverse. Contrôle : f(−15)=−23×(−15)=10f(-15)=-\frac{2}{3}\times(-15)=10 ✓.

d) f(3)=−2f(3)=-2, f(9)=−6f(9)=-6 et f(12)=−8f(12)=-8 : on a bien −2+(−6)=−8-2+(-6)=-8. C'est une propriété de toutes les fonctions linéaires, puisque a×3+a×9=a×12a\times 3+a\times 9=a\times 12. En revanche f(3)×f(9)=(−2)×(−6)=12f(3)\times f(9)=(-2)\times(-6)=12, alors que f(27)=−18f(27)=-18 : l'égalité est fausse. Une fonction linéaire respecte les sommes, pas les produits.

e) f(−4,5)=−23×(−4,5)=3f(-4{,}5)=-\frac{2}{3}\times(-4{,}5)=3 : le premier point est sur la droite. f(7)=−143≈−4,67f(7)=-\frac{14}{3}\approx -4{,}67, qui n'est pas −5-5 : le second point n'y est pas.

Le fil : un coefficient fractionnaire se garde en fraction jusqu'au bout, et l'on divise par une fraction en multipliant par son inverse.

Exercice 13 : Prix hors taxe et prix toutes taxes comprises

Dans un pays, une taxe de 2020 % s'ajoute au prix hors taxe xx d'un article, en euros. On note T(x)T(x) le prix toutes taxes comprises.

  • a) Exprimez T(x)T(x). Justifiez que TT est une fonction linéaire et donnez son coefficient.
  • b) Calculez le prix toutes taxes comprises d'un article à 4545 euros hors taxe.
  • c) Un article coûte 9090 euros toutes taxes comprises. Quel est son prix hors taxe ?
  • d) Un élève calcule le prix hors taxe de la question c) en retirant 2020 % de 9090. Quel résultat trouve-t-il ? Quel est le vrai montant de la taxe ?
  • e) Les livres ont une taxe réduite de 5,55{,}5 %. Donnez le coefficient de la fonction, puis le prix hors taxe d'un livre vendu 21,1021{,}10 euros.

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a)
b)
c)
d)
e)
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Réponses

  • a) T(x)=1,2xT(x)=1{,}2x
  • b) 54 euros
  • c) 75 euros
  • d) 72 euros faux ; taxe de 15 euros
  • e) 1,0551{,}055 ; 20 euros

a) On ajoute 2020 % du prix : T(x)=x+0,2x=1,2xT(x)=x+0{,}2x=1{,}2x. C'est une fonction linéaire, de coefficient 1,21{,}2, le coefficient multiplicateur d'une hausse de 2020 %.

b) T(45)=1,2×45=54T(45)=1{,}2\times 45=54 euros.

c) On cherche l'antécédent de 9090 : 1,2x=901{,}2x=90, donc x=901,2=75x=\frac{90}{1{,}2}=75 euros. Contrôle : 75×1,2=9075\times 1{,}2=90 ✓.

d) L'élève calcule 90×0,8=7290\times 0{,}8=72 euros, ce qui est faux : 72×1,2=86,4072\times 1{,}2=86{,}40, pas 9090. Les 2020 % portent sur le prix HORS taxe, pas sur le prix toutes taxes comprises. Le vrai montant de la taxe est 90−75=1590-75=15 euros, soit 2020 % de 7575, et seulement 16,716{,}7 % environ de 9090. Pour revenir en arrière, on DIVISE par 1,21{,}2 ; on ne multiplie pas par 0,80{,}8.

e) Le coefficient vaut 1+5,5100=1,0551+\frac{5{,}5}{100}=1{,}055. Prix hors taxe : 21,101,055=20\frac{21{,}10}{1{,}055}=20 euros. Contrôle : 20×1,055=21,1020\times 1{,}055=21{,}10 ✓.

Le fil : passer du prix hors taxe au prix taxé, c'est calculer une image ; faire le chemin inverse, c'est chercher un antécédent, donc diviser par le coefficient.

Exercice 14 : Problème : le bureau de change

Un voyageur change des euros en dollars. Le taux du jour est de 11 euro pour 1,501{,}50 dollar. On note ee la somme en euros et D(e)D(e) la somme obtenue en dollars.

  • a) Sans frais, exprimez D(e)D(e) et calculez D(200)D(200).
  • b) Combien d'euros faut-il pour obtenir 420420 dollars, sans frais ?
  • c) Le bureau A retient une commission de 33 % sur les dollars remis. Donnez le coefficient de la nouvelle fonction et la somme obtenue pour 200200 euros. Cette fonction est-elle encore linéaire ?
  • d) Le bureau B ne prend pas de commission, mais retient 66 dollars de frais fixes par opération. Combien obtient-on pour 200200 euros ? Cette fonction est-elle linéaire ? À partir de quelle somme en euros le bureau B est-il plus avantageux que le bureau A ?
  • e) Au bureau A, le voyageur change 200200 euros en dollars, renonce à son voyage et rechange aussitôt ses dollars en euros au même taux, avec la même commission de 33 %. Combien d'euros récupère-t-il ? Quel pourcentage a-t-il perdu ?

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b)
c)
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Réponses

  • a) 300 dollars
  • b) 280 euros
  • c) 1,4551{,}455 ; 291 dollars ; linéaire
  • d) 294 dollars ; affine ; au-delà de 133,33133{,}33 euros
  • e) 188,18188{,}18 euros : 5,915{,}91 % perdus

a) D(e)=1,5eD(e)=1{,}5e, fonction linéaire de coefficient 1,51{,}5. D(200)=300D(200)=300 dollars.

b) On cherche l'antécédent de 420420 : 1,5e=4201{,}5e=420, donc e=280e=280 euros.

c) Retirer 33 % revient à multiplier par 0,970{,}97 : le coefficient devient 1,5×0,97=1,4551{,}5\times 0{,}97=1{,}455. Pour 200200 euros : 200×1,455=291200\times 1{,}455=291 dollars. La fonction reste linéaire : une commission en pourcentage est proportionnelle à la somme.

d) Bureau B : 1,5×200−6=2941{,}5\times 200-6=294 dollars, mieux que les 291291 du bureau A. La fonction e↦1,5e−6e\mapsto 1{,}5e-6 n'est PAS linéaire : pour e=0e=0 elle donne −6-6, et doubler la somme ne double pas le résultat. Le bureau B est plus avantageux quand 1,5e−6>1,455e1{,}5e-6>1{,}455e, soit 0,045e>60{,}045e>6, donc e>60,045≈133,33e>\frac{6}{0{,}045}\approx 133{,}33 euros. Pour de petites sommes, les frais fixes pèsent plus lourd qu'une commission.

e) Aller : 291291 dollars. Retour : 291291 dollars valent 2911,5=194\frac{291}{1{,}5}=194 euros avant commission, puis 194×0,97=188,18194\times 0{,}97=188{,}18 euros. Coefficient global : 0,97×0,97=0,94090{,}97\times 0{,}97=0{,}9409, soit une perte de 5,915{,}91 %. Le piège est d'annoncer 66 % en additionnant deux fois 33 % : les pourcentages successifs se multiplient.

Le fil : une commission en pourcentage garde la proportionnalité, des frais fixes la cassent.

Exercice 15 : Problème : remplir un bassin avec deux tuyaux

Un bassin vide a une contenance de 600600 litres. Le tuyau A débite 1212 litres par minute, le tuyau B 88 litres par minute. On note tt le temps en minutes.

  • a) Exprimez le volume VA(t)V_A(t) versé par le tuyau A seul, puis VB(t)V_B(t) versé par le tuyau B seul. Quelle est la nature de ces fonctions ?
  • b) On ouvre les deux tuyaux ensemble. Exprimez le volume V(t)V(t) versé. Quel est son coefficient ?
  • c) Combien de temps faut-il pour remplir le bassin avec le tuyau A seul ? Avec le tuyau B seul ? Avec les deux ensemble ?
  • d) Un élève affirme qu'avec les deux tuyaux, il faut la moyenne des deux durées de la question c). Qu'en pensez-vous ?
  • e) On ouvre d'abord le tuyau A seul pendant 1010 minutes, puis on ouvre aussi le tuyau B. Au bout de combien de minutes, depuis le début, le bassin est-il plein ? Le volume est-il alors une fonction linéaire du temps ?

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a)
b)
c)
d)
e)
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Réponses

  • a) 12t12t et 8t8t : linéaires
  • b) V(t)=20tV(t)=20t
  • c) 50, 75 et 30 minutes
  • d) Faux : les débits s'ajoutent
  • e) 34 minutes ; ligne brisée

a) VA(t)=12tV_A(t)=12t et VB(t)=8tV_B(t)=8t : ce sont deux fonctions linéaires, de coefficients 1212 et 88, les débits.

b) Les volumes s'ajoutent : V(t)=12t+8t=20tV(t)=12t+8t=20t. C'est encore une fonction linéaire, de coefficient 2020 : la somme de deux fonctions linéaires est linéaire, et les débits s'additionnent.

c) Tuyau A : 12t=60012t=600, donc t=50t=50 minutes. Tuyau B : 8t=6008t=600, donc t=75t=75 minutes. Ensemble : 20t=60020t=600, donc t=30t=30 minutes.

d) Il a tort. La moyenne de 5050 et 7575 vaut 62,562{,}5 minutes, PLUS que le tuyau A seul, ce qui est absurde : ajouter un tuyau ne peut pas ralentir le remplissage. Ce sont les DÉBITS qui s'additionnent, pas les durées, et la durée commune, 3030 minutes, est plus courte que chacune des deux.

e) Pendant les 1010 premières minutes, A verse 12×10=12012\times 10=120 litres. Il reste 480480 litres, versés à 2020 litres par minute en 48020=24\frac{480}{20}=24 minutes. Le bassin est plein au bout de 10+24=3410+24=34 minutes. Le volume n'est plus une fonction linéaire du temps sur tout le remplissage : au bout de 1010 minutes il vaut 120120 litres, au bout de 2020 minutes 320320 litres, et non le double 240240. Sa représentation est une ligne brisée qui change de pente à 1010 minutes.

Le fil : les débits s'ajoutent, les durées non ; et une situation n'est linéaire que si le même coefficient vaut du début à la fin.

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© Ahmed Squalli Houssaini. Série publiée sur www.letuteurscientifique.ca/exercices/3eme-fonctions-lineaires. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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